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Repositorio de la Universidad de Zaragoza – Zaguan http://zaguan.unizar.es Proyecto Fin de Carrera INSTALACION ELECTRICA SOSTENIBLE DE UN PARKING PUBLICO CON SISTEMA DE CARGA PARA COCHES ELECTRICOS MEDIANTE PLACAS FOTOVOLTAICAS Autor/es César Climent Palomo TOMO 1/2 Director/es y/o ponente Eduardo García Paricio EINA Septiembre 2013 Quiero dedicarles este Proyecto Fin de Carrera, en especial a mis padres que me han apoyado desde el principio pero también a mis tres compañeros de piso por la paciencia que han tenido, a Sergio por su vistosa colaboración, a Alex y a Yelco por su constante ayuda y a Julia por hacer que el desarrollo del proyecto haya sido más entretenido. Gracias a todos. RESUMEN El proyecto es un parking exterior donde en las marquesinas se ha realizado un instalación fotovoltaica aislada donde la energía va destinada a los consumos propios tanto de alterna (alumbrado), como de continua (LEDs, control de parking…) y donde la energía sobrante se almacena en baterías con el fin de ser utilizada a posteriori para cargas de vehículos eléctricos. El motivo por el cual es una instalación aislada y no una instalación conectada es debido a que con el gobierno actual el vertido de energía “limpia” a la red se cobra como mix energético convencional, saliendo así una instalación muy cara no rentable a corto plazo. Además en el presente proyecto se realiza todo el estudio lumínico que puede tener un parking, todo el sistema de control de plazas, selección de las marquesinas… En general se realiza toda la obra civil incluyendo las zanjas, cimentaciones, selección de soportes de columas… Palabras clave: Fotovoltaico. Baterías. Recarga de vehículos eléctricos. Obra civil Estudio lumínico. César Climent Palomo Septiembre 2013 PROYECTO FINAL DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO I: INDICE NIA: 664283 3 I . - INDICE TOMO 1/2 II . - INDICE FIGURAS Y TABLAS III . - INTRODUCCIÓN IV . - CONCEPTOS BASICOS V . - PROYECTO FOTOVOLTAICO VI . - INSTALACION ELECTRICA VII . - VEHICULO ELÉCTRICO VIII . - PUNTOS DE CARGA IX . - CALCULOS X . - PLIEGO DE CONDICIONES X I. - PRESUPUESTO TOMO 2/2 XII . - PLANOS XIII . - CONCLUSIONES XIV . - BIBLIOGRAFIA XV . - ANEXOS PROYECTO FINAL DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO I: INDICE NIA: 664283 4 II . - INDICE FIGURAS Y TABLAS CAP IV Figura 1: Esquema de los componentes de una instalación fotovoltaica aislada. Figura 2: Esquema del proyecto Figura 3: Proceso físico de la celda solar. Figura 4: Representación de la tensión de circuito abierto (Voc) en una celda solar. Figura 5: Representación de la intensidad de cortocircuito (Isc) en una celda solar. Figura 6: Representación del funcionamiento de la celda solar. Figura 7: Paneles solares monocristalino y policristalino. Figura 8: Panel silicio amorfo. Figura 9: Esquema de la estructura del silicio amorfo y su energía de bandgap Figura 10: Célula CIGS. Figura 11: Teluro de Cadmio. Figura 12: Fresnel point focus. Figura 13: Fresnel line focus . Figura 14: Curva IV y PV de un módulo genérico. Figura 15: Efecto de la radiación solar. Curvas IV y PV. Figura 16: Curvas IV del módulo. Figura 17: Curvas PV del módulo. Figura 18: Efecto de la temperatura. Curvas IV y PV. Figura 19: Efecto de la temperatura sobre el rendimiento, corriente de cortocircuito, tensión de circuito abierto y factor de forma. Figura 20: Efecto del sombreado parcial. Figura 21: Efecto del sombreado parcial. Figura 22: PVSYST®. Figura 23: PVSYST®. CAP V Figura 24: Vista vía satélite de la situación del Parking. Figura 25: Vista vía satélite Figura 26: Zonas climáticas de España en función de la radiación solar. Figura 27: Marquesina simple inclinada Figura 28: Marquesina doble inclinada Figura 29: Marquesina sin inclinación con placas solapadas Figura 30: Marquesina sin inclinación con placas con inclinación Figura 31: Marquesinas con ondulaciones Figura 32: SUNPOWER SPR-333NE-WHT-D. Figura 33: SUNPOWER SPR-333NE-WHT-D. Figura 34: Dimensiones del módulo. Figura 35: Curvas IV del módulo. Figura 36: Curvas PV del módulo. Figura 37: Baterias OPzS Hawker TZS-24 OPzS3000-3360-4505-4580ah CAP VI Figura 38: Mapa de la ordenación ambiental Figura 39. Construcción cable COMIL. Figura 40. Armario para alumbrado CITI 10 R. Figura 41. Componentes del armario para alumbrado Figura 42. Programador astronómico Figura 43. Instalación de puesta a tierra de la red de alimentación Figura 44. Lámpara SON-T Pia Plus 150W Figura 45. Lámpara SON-I 50W Figura 46. Luminaria ARKEN. Figura 47. Luminaria METRONOMIS BRUSEELS. Figura 48. Disposición de las luminarias por módulo.. Figura 49. Sensor volumétrico Figura 50. LED indicador. Figura 51. Lazo inductivo. PROYECTO FINAL DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO I: INDICE NIA: 664283 5 CAP VII Figura 52: Problemas del uso del vehículo privado. Figura 53: Desarrollo sostenible. Figura 54: Consumo de energía primaria. Figura 55: Consumo promedio. Figura 56: Biobus. Figura 57: Autobús con propulsión a gas. Figura 58: Vehículo eléctrico. Figura 59: Autobús de hidrógeno. Figura 60: Motor eléctrico. Figura 61: Interior de un coche eléctrico. Figura 62: Componentes del coche eléctrico. Figura 63: Componentes del coche eléctrico. Figura 64: Interior del capó de un coche eléctrico Figura 65: Vehículos eléctricos y energías renovables. Figura 66: Vehículo eléctrico Figura 67: Curva de demanda. Figura 68: Estructura de generación. Figura 69: Curva de la demanda eléctrica. Figura 70: Curva de la demanda eléctrica. Figura 71: Redes de distribución inteligentes. Figura 72: Aplicabilidad energía almacenada en vehículos eléctricos. Figura 73: Producción eléctrica y recorridos medios diarios. Figura 74: Trayectos diarios medios. Figura 75: Nissan Leaf CAP VIII Figura 76: Interrelación entre los sistemas que conforman la instalación de recarga sin gestión inteligente. Figura 77: Interrelación entre los sistemas que conforman la instalación de recarga con gestión inteligente. Figura 78: Esquema del suministro colectivo derivado de la centralización de contadores Figura 79: Esquema ejemplar de la línea LPR1 Figura 80: Contador de energía. Figura 81: Punto de recarga. Figura 82: Analizador de la calidad del suministro. Figura 83: Filtro activo. Figura 84: Panel multifunción del sistema de gestión de la energía. Figura 85: Lector de tarjetas del sistema tarifación. Figura 86: Tarjeta prepago y cajero del sistema de tarifación. PROYECTO FINAL DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO I: INDICE NIA: 664283 6 CAP IX Figura 87: Distribución submódulos Figura 89: Ubicación Figura 90: Orientación Figura 91: Sistema de módulos Figura 92: Perfil obstáculos Figura 93: Pre simulación Figura 94: Simulación, hora por hora de un año tipo Figura 95: Primeros resultados de la simulación Figura 96: Producción normalizada mensual Figura 97: Factores de pérdida y producción normalizada Figura 98: Diagrama de Sankey. Figura 99: Curva de las orientaciones del panel fotovoltaico (anuales). Figura 100: Curva de las inclinaciones del panel fotovoltaico (anuales). Figuras 101: Curva de inclinación de los paneles fotovoltaicos (verano) Figuras 102: Curva de orientación de los paneles fotovoltaicos (verano) Figuras 103: Curva de inclinación de los paneles fotovoltaicos (invierno) Figuras 104: Curva de orientación de los paneles fotovoltaicos (invierno) Figura 105: Representación del ángulo de inclinación y de orientación Figura 106: Porcentaje de energía respecto al máximo Figura 107. Ley de la inversa del cuadrado de la distancia Figura 108. Ley del coseno Figura 109. Luminancia Figura 110. Vista 3D disposición de las luminarias. Figura 111. Características de las luminarias. Figura 112. Vista superior de uno de los módulos. Figura 113. Vista lateral del proyecto. Figura 114. Grafica ISO sombreada del parking. Figura 115. Flujo hemisferio superior según zona de protección. TABLAS CAP IV Tabla 1: Características de celdas de Si Tabla 2: Efecto de la temperatura. CAP V Tabla 3: Radiación solar global en España. Tabla 4: Esquema modular de reparto de placas fotovoltaicas Tabla 5: Esquema reparto de inversores por módulo Tabla 6: Características eléctricas del módulo. Tabla 7: Características mecánicas del módulo Tabla 8: Certificaciones y garantías del módulo. Tabla 9: Características técnicas (entrada) del inversor Tabla 10: Características técnicas (salida) del inversor CAP VI Tabla 11. Tipos de conductores aceptados y sus características Tabla 12. Recomendación de MABYC. Tabla 13. Datos constructivos conductor COMIL. Tabla 14. Posiciones de los led. PROYECTO FINAL DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO I: INDICE NIA: 664283 7 CAP VII Tabla 15. Producción eléctrica y recorridos medios diarios. Tabla 16: Valores y cálculo de ahorro de CO2 CAP VIII Tabla 17. Distribución red de puntos de recarga. Tabla 18: Características contador modelo EDMk de CIRCUTOR. Tabla 19: Características punto de recarga modelo WALL-BOS RVE-WB-MIX-L-TRI Tabla 20: Características del analizador modelo QNA-413 de CIRCUTOR. Tabla 21: Características Filtro activo modelo AFQ de CIRCUTOR. Tabla 22: Características Panel multifunción modelo RVE-CM20 de CIRCUTOR. Tabla 23: Características Lector de tarjetas RVE-TERM de CIRCUTOR. CAP IX Tabla 24: Número de placas por módulo y submódulo Tabla 25: Producción anual de un año tipo. Tabla 26: Pérdidas por orientación e inclinación y sombras. Tabla 27: Resultados caída de tensión Tabla 28. Potencia alumbrado público. Tabla 29. Posición de las luminarias Tabla 30. Resultados ficha de evaluación energética. Tabla 31. Intensidad admisible del conductor. Tabla 32. Datos constructivos TUBO ULTRATP-I. Tabla 33. Resultado línea general de alimentación. Tabla 34. Resultados derivación individual. Tabla 35. Resultados líneas de distribución. Tabla 36. Resultados líneas de recarga LPR1. PROYECTO FINAL DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO I: INDICE NIA: 664283 8 III . - INTRODUCCIÓN 1.1 SITUACIÓN ........................................................................................................ 14 1.2 OBJETO DEL PROYECTO ................................................................................ 15 1.3 ORDEN DE PRIORIDAD DE LOS DOCUMENTOS ....................................... 15 IV. - CONCEPTOS BÁSICOS. 1 COMPONENTES DE LA INSTALACIÓN FOTOVOLTAICA ......................... 16 1.1 PANELES FOTOVOLTAICOS .......................................................................... 17 1.2 BATERIAS .......................................................................................................... 17 1.3 REGULADOR ..................................................................................................... 17 1.4 INVERSOR ......................................................................................................... 17 2 PRINCIPIO FÍSICO DE FUNCIONAMIENTO DE LA CÉLULA SOLAR ..... 18 3 PANEL FOTOVOLTAICO .................................................................................... 20 3.1 EFICIENCIA DE LAS CELDAS SOLARES ..................................................... 20 3.2 CARACTERIZACIÓN DE MÓDULOS SOLARES .......................................... 20 3.3 COMPARACIÓN DE TECNOLOGÍAS ............................................................. 21 3.4 FACTORES QUE AFECTAN EL RENDIMIENTO DE LOS MÓDULOS ...... 26 4 SIMULACIÓN .......................................................................................................... 33 V. - PROYECTO FOTOVOLTAICO. 1 RESUMEN DE CARACTERÍSTICAS ................................................................. 35 1.1 TITULAR ............................................................................................................ 35 1.2 UBICACIÓN DE LA INSTALACIÓN .............................................................. 35 1.3 ZONA CLIM. EN FUNCIÓN DE LA RADIACIÓN SOLAR GLOBAL ........ 36 2 OBJETO .................................................................................................................... 37 3 GENERALIDADES ................................................................................................. 38 4 NORMATIVA APLICABLE .................................................................................. 39 5 INTEGRACIÓN ARQUITECTÓNICA ................................................................ 40 5.1 LAS MARQUESINAS ....................................................................................... 40 5.2 SELECCIÓN DE LAS MARQUESINAS .......................................................... 42 5.3 JUSTIFICACIÓN DE LA SELECCIÓN ........................................................... 45 PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO III: INTRODUCCIÓN NIA: 664283 15 1.2. OBJETO DEL PROYECTO El presente proyecto tiene dos partes fundamentalmente. En primer lugar se diseña un aparcamiento al aire libre con las correspondientes marquesinas y el diseño de la red de alumbrado público y red electrónica. Y en segundo lugar se ocupa de la instalación y dimensionado de un sistema de generación de energía eléctrica, mediante el empleo de energía solar fotovoltaica, para su posterior uso en recargas de vehículos eléctricos y en el propio alumbrado público. La redacción de este proyecto tiene como fin la determinación de las condiciones técnicas de conexión y seguridad de la instalación de energía solar fotovoltaica conectada a red. Al mismo tiempo, también servirá como documento para solicitar a los Organismos Competentes los permisos necesarios para su puesta en funcionamiento, una vez aprobada su validez. En definitiva, los objetivos del proyecto son:  Aparcamiento de calidad para los usuarios. Se conseguiría una mayor seguridad, comodidad, y protección.  Producción de energía eléctrica limpia para uso propio. Se aprovecharía la superficie de los tejados sin necesidad de utilizar suelo.  Posibilidad de obtener ingresos si el ayuntamiento decidiese que el parking fuese de pago.  Utilizar energías renovables que respeten el medio ambiente e impulsen iniciativas ecológicas. 1.3. ORDEN DE PRIORIDAD DE LOS DOCUMENTOS En caso de error o divergencia, los documentos tendrán la siguiente prioridad de más a menos: - Planos - Pliego de condiciones - Anexos - Memoria - Estado de mediciones - Presupuesto PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO IV: CONCEPTOS BÁSICOS NIA: 664283 16 IV. - CONCEPTOS BÁSICOS. 1. COMPONENTES DE LA INSTALACIÓN FOTOVOLTAICA. Las instalaciones fotovoltaicas pueden diseñarse para autoconsumo o para inyectar la producción eléctrica a red. Esta segunda opción actualmente no alcanza una gran acogida desde el punto de vista de evaluación financiera debido al marco legislativo en el que la energía eléctrica generada es comprada al dueño de la instalación fotovoltaica a un precio o tarifa poco atractivos. Los componentes básicos de una instalación aislada se muestran en el siguiente esquema (Figura 1). Figura 1: Esquema de los componentes de una instalación fotovoltaica aislada. Lo novedoso de este proyecto es la incorporación de un producto diseñado por INGETEAM que incorpora el regulador junto con el inversor con posibilidad de entrada por módulos FV como por eólica. Además cuenta con la opción de salida en corriente continua como con corriente alterna. El sistema HYBRID sería algo así: Figura 2: Esquema del proyecto PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO IV: CONCEPTOS BÁSICOS NIA: 664283 17 1.1. PANELES FOTOVOLTAICOS: Generan corriente continua a partir de la radiación del sol, proporcionando un valor de corriente y voltaje. Los paneles se agrupan en serie (string) para proporcionar la tensión deseada por el usuario. La corriente resultante de esta agrupación será la suma de la corriente de los módulos. A su vez, varios strings se agrupan en paralelo. En este caso se mantiene la tensión del string y la corriente resultante de la agrupación es la corriente suma de todos los strings enlazados. 1.2. BATERIAS: Su función es básicamente almacenar la energía producida ya que la producción de energía solar no coincide en tiempo con la necesidad de consumo. 1.3. REGULADOR: Tiene la función de obtener en cada momento la potencia máxima de los módulos fotovoltaicos y de proteger a las baterías de posibles daños tanto de carga como de descarga excesiva. Miden continuamente el valor de la tensión e intensidad suministradas. Determinan potencia y ajustan la intensidad para obtener potencia. 1.4. INVERSOR: Es el encargado de transformar la corriente continua en alterna. En este caso es necesario verificar los valores admisibles por el inversor para la corriente de cortocircuito y la tensión de vacío. El número de filas en paralelo tiene que cumplir que la corriente de cortocircuito máxima de cada fila por el número de filas en paralelo sea menor que la corriente máxima admisible de entrada al inversor. PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO IV: CONCEPTOS BÁSICOS NIA: 664283 18 2. PRINCIPIO FÍSICO DE FUNCIONAMIENTO DE LA CÉLULA SOLAR. La tecnología fotovoltaica se basa en el efecto fotoeléctrico. La unidad fundamental de los sistemas fotovoltaicos es la célula solar, formada por un material semiconductor que hace posible la conversión de las radiaciones solares en energía eléctrica. Los electrones de la banda de valencia pueden ser excitados a la banda de conducción. Para que se de este fenómeno, la energía de los fotones (rayos solares) debe ser igual o superior al salto energético (band gap) entre la banda de valencia y la de conducción del semiconductor. Cuando este fenómeno ocurre, la estructura física de los semiconductores crea un campo eléctrico que establece una trayectoria de los electrones de manera que se genera una corriente eléctrica continua. A partir de ahí comienza el funcionamiento eléctrico convencional: la corriente continua producida llega hasta los inversores que la transforman en corriente alterna. El proceso del principio físico de la celda solar se puede resumir en los siguientes pasos: - Los fotones incidentes son absorbidos y se generan pares electrón-hueco. - Los huecos se dirigen a la región P y los electrones a la región N. Éste proceso se puede observar en la figura 3: Figura 3: Proceso físico de la celda solar. PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO IV: CONCEPTOS BÁSICOS NIA: 664283 19 - Si la celda está en circuito abierto, la acumulación de cargas de signos diferentes en los 2 costados de la unión genera una tensión de circuito abierto Voc, tal como se muestra en la figura 4: Figura 4: Representación de la tensión de circuito abierto (Voc) en una celda solar. - Si la celda está cortocircuitada se genera una corriente de corto circuito Isc. Observar que el sentido de la corriente es el mismo que el de la corriente inversa de saturación de la unión PN (diodo). La figura 5 ilustra ésta situación: Figura 5: Representación de la intensidad de cortocircuito (Isc) en una celda solar. Por tanto, si mediante una carga exterior (R) se cierra el circuito, la corriente fotovoltaica generada (I) sale de la célula hacia el circuito exterior por la región “P”, atraviesa la carga y entra de nuevo a la célula por la región “N”: Figura 6: Representación del funcionamiento de la celda solar. PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO IV: CONCEPTOS BÁSICOS NIA: 664283 20 3. PANEL FOTOVOLTAICO. Los módulos fotovoltaicos o colectores solares fotovoltaicos están formados por un conjunto de celdas (células fotovoltaicas) que producen electricidad a partir de la luz que incide sobre ellos. El parámetro estandarizado para clasificar su potencia se denomina potencia pico, y se corresponde con la potencia máxima que el módulo puede entregar bajo unas condiciones estandarizadas, que son: - Radiación de 1000 W/m2. - Temperatura de célula de 25ºC (no temperatura ambiente). 3.1. EFICIENCIA DE LAS CELDAS SOLARES. La eficiencia de las celdas solares, Eff (%), se define como la relación entre la potencia eléctrica generada por unidad de área (W/m2) y la irradiación solar incidente (W/m2) para obtenerla. Esta relación es adimensional y está dada en forma porcentual, como: ( ) 3.2. CARACTERIZACIÓN DE MÓDULOS SOLARES. Las características típicas de una celda solar de Silicio se muestran en la tabla 1: Características Silicio Ip [mA/cm²] 28 Vp [V] 0.5 Wp [mW/cm²] 14 Voc [V] 0.6 Tabla 1: Características de celdas de Si Ahora, para obtener un módulo de una potencia o un voltaje de salida especifico, basta con realizar las conexiones de las celdas, en serie o en paralelo. Una conexión en serie aumenta el voltaje de salida y una conexión en paralelo aumenta la corriente de salida. Por lo tanto, ambas conexiones aumentan la potencia de salida. Es decir, con N celdas en serie o en paralelo, la potencia total de salida es Wp=N·(Ip·Vp), en donde Ip, es la corriente de la celda y Vp el voltaje de la misma. PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO IV: CONCEPTOS BÁSICOS NIA: 664283 21 3.3. COMPARACIÓN DE TECNOLOGÍAS. Existen diversos tipos de paneles fotovoltaicos en función de la tecnología de semiconductores empleada para su fabricación. El empleo de una tecnología u otra, se justifica por parámetros como precio, rendimiento, duración, rentabilidad, etc. Silicio cristalizado. Logran una eficiencia media a un coste medio. Una doble capa antirreflectante y una superficie frontal con pirámides invertidas minimizan las perdidas ópticas. La oblea de silicio tiene un espesor de 400 μm, ofreciendo una larga trayectoria óptica y por lo tanto aumentando la absorción de fotones con una energía mayor que el band gap (salto energético) del Si. Una capa dieléctrica de SiO2 se inserta entre la oblea de Silicio y un conductor de Aluminio con el fin de obtener una superficie altamente reflectante en la parte trasera de la célula. En el caso de células industriales de Silicio, se utilizan recubrimientos antirreflectantes de doble-capa. Además las obleas de Silicio monocristalino se sustituyen por obleas multicristalinas. - Silicio monocristalino: Basados en secciones de una barra de silicio perfectamente cristalizado en una sola pieza. En laboratorio se han alcanzado rendimientos máximos del 24,7% para éste tipo de paneles siendo en los comercializados del 16%. - Silicio policristalino: Los materiales son semejantes a los del tipo anterior aunque en este caso el proceso de cristalización del silicio es diferente. Los paneles policristalinos se basan en secciones de una barra de silicio que se ha estructurado desordenadamente en forma de pequeños cristales. Son visualmente muy reconocibles por presentar su superficie un aspecto granulado. Se obtiene con ellos un rendimiento inferior que con los monocristalinos (en laboratorio del 19.8% y en los módulos comerciales del 14%) siendo su precio también más bajo. PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO IV: CONCEPTOS BÁSICOS NIA: 664283 22 - Silicio "Ribbon": Las células fotovoltaicas tipo "Ribbon" se realizan mediante el estiramiento de silicio fundido en lugar de la utilización de un lingote. El principio de funcionamiento es el mismo que en el caso de las células monocristalinas y policristalinas. El recubrimiento anti-reflectivo utilizado en la mayoría de las células "ribbon" tiene una apariencia prismática multicolor. Figura 7: Paneles solares monocristalino y policristalino. Thin-film. Se encuentra por detrás de la tecnología convencional en términos de eficiencia pero es la más barata y ligera por lo que es óptima para su colocación en tejados. - Silicio amorfo: En comparación con el band gap (salto energético) del Silicio cristalino de 1,1 eV, el Silicio amorfo ofrece un band gap variable de 1,1-1,75 eV, controlado por la composición de la aleación de Silicio. Adicionalmente, el Silicio amorfo ofrece un coeficiente de absortividad mayor que el cristalino en el espectro visible. De esta forma, el espesor de Silicio amorfo puede ser menor de 1 μm. Generalmente la célula amorfa consiste en una unión p-i-n (o n-i-p): una capa transparente de TCO (Óxido conductor transparente) en la parte frontal y una capa metálica como contacto y reflector trasero. Ventajas: Las células de Silicio amorfo pueden fabricarse a una temperatura de deposición relativamente baja, generalmente entre 200 y 500 ºC, lo que permite el uso de varios sustratos de bajo coste. PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO IV: CONCEPTOS BÁSICOS NIA: 664283 23 Desventajas: El silicio amorfo sufre una degradación debido a la luz al inicio de su operación. Figura 8: Panel silicio amorfo. Figura 9: Esquema de la estructura del silicio amorfo y su energía de bandgap - Celulas solares de Cobre Indio Galio y Diselenuro): Es uno de los thin-film con mayor potencial debido a su alta eficiencia y bajo coste. Las células CIGS ofrecen un band gap variable mediante la composición de In-Ga para maximizar la absorción del espectro solar. El band gap varía desde 1,02 eV a 1,68 eV. Las células CIGS ofrecen el mayor coeficiente de absorción dentro de la tecnología thin-film, lo que permite que alrededor del 99% de los fotones sea absorbidos por los primeros micrómetros del material. Una célula de silicio convencional está formada por una capa de contacto de Molibdeno, mientras que el CIGS, por una fina de CdS o ZnS y una bicapa de aluminio y óxido de Zinc como TCO. Ventajas: Reducción de costes en materiales. PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO IV: CONCEPTOS BÁSICOS NIA: 664283 24 Desventajas: Método de fabricación complicado y con necesidad de inversión importante. Otro problema que se plantea con esta tecnología es la disponibilidad de materiales y la toxicidad de la capa CdS. Figura 10: Célula CIGS. - Teluro de Cadmio: Otra de las tecnologías thin-film que está siendo investigada últimamente es el Teluro de Cadmio. Una célula típica de Teluro de Cadmio está formada por una capa (tipo p) de Teluro de Cadmio, unida a una fina capa tipo n de CdS y finalmente formada por una capa de TCO (generalmente SnO2), la cual está conectada con el contacto Eléctrico Ventajas: Existen multitud de técnicas para la fabricación de esta tecnología de thinfilm, la mayoría de los cuales tiene un gran potencial para producciones a gran escala. Desventajas: El coste de los materiales. Figura 11: Teluro de Cadmio. PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO IV: CONCEPTOS BÁSICOS NIA: 664283 31 Factor de forma (FF): Se define como el cociente de potencia máxima que se puede entregar a una carga entre el producto de la tensión de circuito abierto y la intensidad de cortocircuito. - El rendimiento decrece. Figura 19: Efecto de la temperatura sobre el rendimiento, corriente de cortocircuito, tensión de circuito abierto y factor de forma. EFECTO DE LA SOMBRA. Hasta ahora al hablar de las células y de los módulos, hemos supuesto que la iluminación era uniforme y que las células que integraban el panel fotovoltaico eran iguales y estaban irradiadas por igual y además se encontraban a la misma temperatura. Sin embargo, es frecuente que no todas las células trabajen en las mismas condiciones. Un ejemplo claro sería que una parte estuviera afectada por una nube y la otra no. También puede ocurrir que en un mismo panel parte de las células estuviesen a la sombra y el resto al Sol. Alguno de estos defectos se pueden evitar con un buen diseño pero otros no. Los dos efectos que producen la dispersión de los parámetros son: - Reducción de la potencia máxima del campo. - Algunas células pueden convertirse en cargas, disipando parte de la energía producida por los demás. El primer efecto, el de dispersión de los parámetros se conoce también con el nombre de pérdidas por desacoplo (mismatch losses). Los fabricantes suelen clasificar los células por categorías de forma que las que componen un módulo tengan iguales características, en concreto la misma corriente en cortocircuito. De la misma manera operan con los módulos, los clasifican de acuerdo con la corriente en el punto de máxima potencia. PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO IV: CONCEPTOS BÁSICOS NIA: 664283 32 El efecto de sombreado parcial es en muchos casos inevitable, y es que puede haber alguna célula que invierta su polaridad convirtiéndose por lo tanto en una carga que disipará toda la energía producida por el resto de las células. Si la potencia disipada tiene un valor elevado la célula elevará su temperatura pudiendo llegar a su destrucción. Este fenómeno se conoce con el nombre de punto caliente, y para evitarlo se recurre a la inserción de protecciones (diodos “bypass”). Éstos se colocan en paralelo con un grupo de celdas en serie, por lo general entre 12 o 18 celdas, y evitan que se las celdas sombreadas en ese grupo disipen potencia. Figura 20: Efecto del sombreado parcial. Figura 21: Efecto del sombreado parcial. PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO IV: CONCEPTOS BÁSICOS NIA: 664283 33 4. SIMULACIÓN. Existen programas comerciales que consideran el funcionamiento del sistema hora a hora. En el caso de estudio se ha trabajado con PVSYST®, programa reconocido internacionalmente. Este programa permite realizar el diseño, simulación y análisis de datos de una instalación fotovoltaica. El software ha sido desarrollado por CUEPE, el centro de energía de la Universidad de Ginebra, es actualmente uno de los más avanzados que existen a nivel mundial para el cálculo de sistemas fotovoltaicos y junto con los datos de radiación y de los equipos utilizados puede predecir la energía inyectada a la red. PVSYST permite realizar diseños a diferente nivel (Figuras 22 y 23): - Preliminary design: diseño rápido y sencillo que permite dimensionar tanto una instalación aislada, como conectada a la red. - Proyect design: realiza una simulación detallada con valores horarios, que ayuda a definir el campo fotovoltaico y elegir correctamente los componentes. - Tools: proporciona una amplia elección de las herramientas solares. Figura 22: PVSYST®. PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO IV: CONCEPTOS BÁSICOS NIA: 664283 34 Figura 23: PVSYST®. Por ejemplo, el nivel "Project design" permite al usuario: - Disponer de una base de datos de los componentes fotovoltaicos, y de posibles lugares donde ubicar la instalación. - Indicar la orientación del panel, eligiendo entre múltiples configuraciones, como orientación única, doble, automática... - Definir el esquema de la instalación. Si la instalación está conectada a la red, el usuario debe introducir la potencia deseada y elegir el inversor y el módulo fotovoltaico de la base de datos. Si el sistema es aislado el usuario primero tiene que definir su consumo eligiendo los electrodomésticos que tiene con su tiempo de operación. Además tiene que decidir los días de autonomía que tiene la batería. - Calcular tanto las sombras cercanas como las lejanas, permitiendo dibujar la geometría del sistema completo y mostrando las sombras que se producen en función de la posición del sol. - Realizar la evaluación económica utilizando precios reales y condiciones de inversión en cualquier moneda. Firma: César Climent Palomo Ingeniero Industrial Septiembre del 2013 PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO V: PROYECTO FOTOVOLTAICO NIA: 664283 35 V . - D I S E Ñ O D E L P R O Y E C T O F O T O V O LTA I C O 1. RESUMEN DE CARACTERÍSTICAS. 1.1. TITULAR. El titular de la instalación es el ayuntamiento de Salou. 1.2. UBICACIÓN DE LA INSTALACIÓN. La instalación generadora de energía eléctrica de origen fotovoltaico, con una potencia de 551 kW, se sitúa sobre las marquesinas del aparcamiento exterior que el ayuntamiento de Salou ha planeado construir. Dicho parking se encuentra en la localidad de Salou (41° 4' 36'' N, 1° 7' 55'' E), concretamente en el límite fronterizo con Vilafortuny. Las figuras 24 y 25 obtenidas de Google Earth nos muestran una vista vía satélite de la zona donde se efectuará el Parking. Figura 24: Vista vía satélite de la situación del Parking. PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO V: PROYECTO FOTOVOLTAICO NIA: 664283 36 Figura 25: Vista vía satélite. 1.3. ZONA CLIMÁTICA EN FUNCIÓN DE LA RADIACIÓN SOLAR GLOBAL. En la tabla 3 y la figura 26 se marcan los límites de zonas en España. Las zonas se han definido teniendo en cuenta la Radiación Solar Global media diaria anual sobre superficie horizontal (H), tomando los intervalos que se relacionan para cada una de las zonas. RADIACIÓN SOLAR GLOBAL ZONA CLIMÁTICA MJ/m² KWh/m² I H < 13.7 H < 3.8 II 13.7 ≤ H < 15.1 3.8 ≤ H <4 .2 III 15.1 ≤ H < 16.6 4.2 ≤ H < 4.6 IV 16.6 ≤ H < 18.0 4.6 ≤ H < 5.0 V H ≥ 18.0 H ≥ 5.0 Tabla 3: Radiación solar global en España. PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO V: PROYECTO FOTOVOLTAICO NIA: 664283 37 Figura 26: Zonas climáticas de España en función de la radiación solar. Salou esta geográficamente por debajo de Tarragona, podemos considerar Salou como zona climática IV por lo que según los valores de la tabla tendremos una radiación global entre 4.6 y 5.0 kWh/m². 2. OBJETO. El objetivo de este proyecto de fin de carrera es dimensionar una instalación solar fotovoltaica en un parking exterior en la zona deportiva situada en Salou (Tarragona), de forma que cumpla con la normativa vigente. Se analizará la viabilidad de la instalación, dimensionándola de tal forma que se obtenga la mayor eficiencia energética. Se especifican los datos técnicos, el entorno legislativo y económico para la construcción de una instalación generadora de energía eléctrica de origen fotovoltaico. Los paneles fotovoltaicos estarán ubicados en cubierta y la potencia total instalada será de 551kW. PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO V: PROYECTO FOTOVOLTAICO NIA: 664283 38 3. GENERALIDADES. El incremento de consumo energético está siendo mantenido fundamentalmente por la utilización de combustibles fósiles, estos corren el peligro de agotarse en un periodo definido de tiempo. La utilización de los combustibles fósiles genera una contaminación ambiental, que está amenazando seriamente el equilibrio climático del planeta. El beneficio medioambiental del proceso fotovoltaico, el cual utiliza la luz solar para la generación directa de energía eléctrica, es evidente. Las ventajas del empleo de esta técnica productora de energía son varias: - Es una fuente de energía limpia, no contamina. - Reduce el consumo de los combustibles fósiles y por tanto los efectos contaminantes que se derivan de su consumo. - Es silenciosa. - Fuente de generación, el sol, es inagotable. - La electricidad generada por la producción fotovoltaica es de muy alta calidad. - Su forma de onda es prácticamente una senoide perfecta. España, como firmante del Protocolo de Kioto, se ha comprometido a reducir las emisiones de dióxido de carbono a la atmósfera y evitar así la expansión del efecto invernadero. Fiel a este principio, favorece la creación de instalaciones de producción de energías renovables, entre las cuales se encuentra la producción fotovoltaica. La implantación de nuevas fuentes de energía renovables se convierte en una necesidad y se han creado unos objetivos. Uno de estos objetivos es que para 2020 un 20% de la electricidad interior provenga de fuentes de energía renovables. La energía fotovoltaica producida por el complejo que contempla este proyecto, debidamente acondicionada a través de equipos inversores, podrá ser inyectada a la red pero el objetivo principal es que la energía sea almacenada para un posterior uso en recarga de vehículos eléctricos y para alumbrar el propio parking. La tecnología fotovoltaica es una tecnología madura, de alta duración (25 años con una reducción en el rendimiento en torno al 10%), pudiendo continuar su explotación posteriormente con un rendimiento menor. PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO V: PROYECTO FOTOVOLTAICO NIA: 664283 39 4. NORMATIVA APLICABLE. Todos los componentes, materiales, el diseño e instalación del proyecto cumplirán con la Normativa y Legislación vigentes que se expresan a continuación. - Ley 54 / 1997. - Real Decreto 842 / 2002. - Real Decreto 1663 / 2000. - Real Decreto 436 / 2004. - REAL DECRETO 1556/2005. - Reglamento de verificaciones eléctricas y regularidad en el suministro de la energía. - Real Decreto 3.275/1982. - Ordenación del Sistema Eléctrico Nacional y desarrollos posteriores. Aprobado por Ley 40/1994, B.O.E. 31-12-94. - Real Decreto 1955/2000. - Real Decreto 614/2001. - Orden de 13-03-2002 de la Consejería de Industria y Trabajo. - NTE-IEP. Norma tecnológica del 24-03-73, para Instalaciones Eléctricas de Puesta a Tierra. - Normas UNE y recomendaciones UNESA. - Condiciones impuestas por los Organismos Públicos afectados. - Ordenanzas municipales del ayuntamiento donde se ejecute la obra. - Condicionados que puedan ser emitidos por organismos afectados por las instalaciones. - Normas particulares de la compañía suministradora (NTP). - Cualquier otra normativa y reglamentación de obligado cumplimiento para este tipo de instalaciones. - Norma Básica de la Edificación (NBE). - Pliegos Técnicos de condiciones de IDAE-PTC-C - Real Decreto 1578/2008. La Instalación fotovoltaica presupuestada cumple con los requerimientos recogidos en el Real Decreto 1663 / 2000 sobre inyección a red de la energía producida por sistemas fotovoltaicos, de forma que la energía producida por dicha instalación puede ser vendida íntegramente a la compañía eléctrica al precio que marca el RD. PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO V: PROYECTO FOTOVOLTAICO NIA: 664283 40 5. INTEGRACIÓN ARQUITECTÓNICA. El parking se ubica en una explanada situada junto a la zona deportiva de Salou, en suelo urbano consolidado S.U.C.. A su vez, el parking está rodeado por una zona residencial y por un camping. En éste sentido, el parking proyectado se integra plenamente en el mismo. Debido al diseño de las marquesinas que protegen a los coches aparcados, sirve de soporte de la instalación fotovoltaica superpuesta y además es respetuoso con su entorno atendiendo a las siguientes consideraciones: - La altura de las marquesinas es la mínima necesaria para permitir el uso razonable de las mismas y cumplir las exigencias fijadas en el planeamiento de Getafe para el uso de aparcamiento. - Su cubierta, inclinada 5º, es coherente con la función de los módulos de captación de energía solar superpuestos a la misma y, al mismo tiempo, reproducen la inclinación de las cubiertas circundantes. Por todo lo anteriormente expresado podría considerarse que el parking es un ejemplo de integración entre una instalación de captación y producción de energía, por medio, en éste caso, de un elemento arquitectónico que tiene, además, la función de albergar y proteger los vehículos aparcados. Esta compatibilidad de funciones, aportada por el diseño del mismo, minimiza el impacto visual y anímico que para los habitantes del barrio y los visitantes supondría un parking al aire libre sin cubrición de los vehículos (una explanada de asfalto y coches), o una extensión de paneles fotovoltaicos sin otra función que la suya propia, de captación de energía, rodeada por una verja. Se pretende con ello conseguir una integración dentro de nuestra vida cotidiana y entorno. 5.1. LAS MARQUESINAS Las marquesinas, cubrirán el total de 296 plazas de aparcamiento de la instalación. Además de servir como soporte para la instalación de los paneles fotovoltaicos cumplirán otras funciones. Su función principal será la protección de los vehículos frente a la degradación medioambiental, ofreciendo sombra a los mismos ya que se trata de una zona con un elevado índice de irradiancia, principalmente en verano que es cuando se prevé que se le dará un mayor uso. La estructura de las marquesinas se ha diseñado teniendo en cuenta que ha de soportar, con los módulos instalados, las sobrecargas del viento y nieve, además del peso de PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO V: PROYECTO FOTOVOLTAICO NIA: 664283 47 Además, en gran parte de los casos, se pueden integrar en suelos no productivos. Por otra parte, la energía solar fotovoltaica representa la mejor solución para aquellos lugares a los que se quiere dotar de energía eléctrica preservando las condiciones del entorno; como es el caso por ejemplo de los Espacios Naturales Protegidos. 6.1. RESIDUOS GENERADOS EN LA CONSTUCCIÓN DE LA INSTALACIÓN. Los residuos que generará la planta serán de dos tipos: Residuos sólidos urbanos, que serán separados en fracciones a saber: - Orgánicos. - Línea amarilla. - Papel. - Vidrio. Estos residuos serán entregados por el procedimiento que se acuerde con el Ayuntamiento para su recogida o entrega. Residuos de componentes eléctricos y electrónicos que se generen como consecuencia del mantenimiento. Como la cantidad de los mismos debe ser pequeña, estos se almacenarán en un contenedor específico para que cuando el volumen sea significativo se preceda a su entrega por medio de un gestor autorizado para este tipo de residuos. 6.2. PROCESO. Este proceso fotovoltaico directo no requiere ningún tipo de elementos añadidos para la realización del mismo, por lo cual la única materia prima es la radiación solar, y el producto final directo la corriente eléctrica, implica por tanto que el proceso es inocuo, no generando: - Vibraciones. - Ruidos. - Calor. - Olores. - Residuos (salvo pequeños productos de mantenimiento). - Vertidos. - Ningún tipo de contaminante. PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO V: PROYECTO FOTOVOLTAICO NIA: 664283 48 6.3. ENERGÍA CONSUMIDA. Menos del 3% de la generada. 6.4. PRODUCTOS Y SUBPRODUCTOS OBTENIDOS. Energía eléctrica de muy alta calidad, sinusoidales perfectas, coseno de φ igual a 1 y 120 grados de desfase entre fases, con una distorsión armónica mínima 6.5. EMISIONES GASEOSAS. Esta planta (551kWn) evitará con su producción la emisión a la atmósfera de 696.48 Tn de CO2. La actividad no produce ningún otro tipo de emisión gaseosa. 6.6. NIVELES DE PRESIÓN SONORA Y VIBRACIONES. Ruidos: Despreciable Vibraciones: Despreciable 7. DESCRIPCIÓN DE LA INSTALACIÓN FOTOVOLTAICA. La instalación fotovoltaica diseñada posee una potencia nominal de 550 kW. Está constituida por 1656 paneles fotovoltaicos de 333 Wp, con una potencia total instalada de 551kW. Se trata de una obra nueva y se ha distribuido la instalación integrada en la estructura de la cubierta, por lo que se ha realizado un diseño nuevo de dicha cubierta minimizando el impacto visual. La instalación se ha dividido en 4subcampos, dos de ellos con potencia nominal de 137 kW y otros dos de 138kW. La distribución por huerta se puede entender en la siguiente tabla: PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO V: PROYECTO FOTOVOLTAICO NIA: 664283 49 Módulo FV Generador N#1 Núm de módulos FV En serie 10modulos En paralelo 41 cadenas Nº total de módulos FV Nº módulos 410 Pnom unitaria 333 Wp Potencia global generador Nominal (STC) 137 kWp En cond. Funciona. 123 kWp (50ºc) Caract. Func. del generador (50ºC) V mpp 488V I mpp 252 A Generador N#2 Núm de módulos FV En serie 10modulos En paralelo 41 cadenas Nº total de módulos FV Nº módulos 410 Pnom unitaria 333 Wp Potencia global generador Nominal (STC) 137 kWp En cond. Funciona. 123 kWp (50ºc) Caract. Func. del generador (50ºC) V mpp 488V I mpp 252 A Generador N#3 Núm de módulos FV En serie 11modulos En paralelo 38 cadenas Nº total de módulos FV Nº módulos 418 Pnom unitaria 333 Wp Potencia global generador Nominal (STC) 138 kWp En cond. Funciona. 126 kWp (50ºc) Caract. Func. del generador (50ºC) V mpp 537V I mpp 234 A Generador N#4 Núm de módulos FV En serie 11modulos En paralelo 38 cadenas Nº total de módulos FV Nº módulos 418 Pnom unitaria 333 Wp Potencia global generador Nominal (STC) 138 kWp En cond. Funciona. 126 kWp (50ºc) Caract. Funci. del generador (50ºC) V mpp 537V I mpp 234 A Total Potencia global generadores Nominal (STC) 551 KWp Total 1656 módulos Submódulos 2700m2 Superf célula 2437m2 Tabla 4: Esquema modular de reparto de placas fotovoltaicas Inversor (incorporado a HYBRID) Modelo Ingeteam Tensión funciona. 370-750 V Pot unitaria 125 kW AC Generador N#1 Nº de inversores 1 unidad Pot. total 125 kW AC Generador N#2 Nº de inversores 1 unidad Pot. total 125 kW AC Generador N#3 Nº de inversores 1 unidad Pot. total 125 kW AC Generador N#4 Nº de inversores 1 unidad Pot. total 125 kW AC Total Nº de inversores 4 unidad Pot. total 500 kW AC Tabla 5: Esquema reparto de inversores por módulo PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO V: PROYECTO FOTOVOLTAICO NIA: 664283 50 Obteniendo una tensión por serie inferior al rango de trabajo del inversor, en el rango de temperatura seleccionado. Se ha considerado un rango de temperaturas de funcionamiento, en un año tipo, entre (-10ºC)-(+40ºC), que es la temperatura prevista según ubicación y localización de la instalación. Se han seleccionado 4 inversores con una potencia de salida de 125 Kw. Cada inversor recibe la línea de submódulo. A la salida de los Hybrid tendremos los consumos de corriente alterna y los de corriente continua. En los planos se detallan las líneas y los esquemas eléctricos correspondientes. 8. GENERADOR FOTOVOLTAICO. El módulo fotovoltaico transforma parte de la energía proveniente del sol, en energía eléctrica en forma de corriente continua. Se ha seleccionado el modulo fotovoltaico SUNPOWER SPR-333NE-WHT-D. El panel fotovoltaico SUNPOWER SPR-333NE-WHT-D está constituido por 96 células 1x96 monocristalinas de 1,47m2 de tamaño. - Capturan más luz solar y generan más potencia que los paneles convencionales. - Ofrecen un rendimiento excelente en condiciones reales, tales como altas temperaturas, nubosidad y luz escasa - Optimizados para maximizar la rentabilidad y la producción energética, los paneles de la serie E son una solución rentable para aplicaciones solares de uso comercial. - Los paneles de uso comercial de la serie E convierten más luz solar en electricidad, con lo que se produce un 36% más de potencia por panel y un 60% más de energía por metro cuadrado a lo largo de 25 años. - El elevado rendimiento en el primer año de operación resulta entre un 7 y 9% más de energía producida por vatio nominal. Esta ventaja aumenta con el tiempo, con lo que se produce un 20% más de energía durante los primeros 25 años para satisfacer sus necesidades. PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO V: PROYECTO FOTOVOLTAICO NIA: 664283 51 Figura 32: SUNPOWER SPR-333NE-WHT-D. Figura 33: SUNPOWER SPR-333NE-WHT-D. PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO V: PROYECTO FOTOVOLTAICO NIA: 664283 52 Tabla 6: Características eléctricas del módulo. Tabla 7: Características mecánicas del módulo Figura 34: Dimensiones del módulo. PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO V: PROYECTO FOTOVOLTAICO NIA: 664283 53 Tabla 8: Certificaciones y garantías del módulo. Pruebas realizadas bajo condiciones estándar STC: - Insolación: 1000 W / m². - Am: 1.5. - Temperatura: 25 ºC. A continuación se muestran las curvas características (I-V y P-V) (Figura 35 y 36) de los módulos fotovoltaicos elegidos para este proyecto. Figura 35: Curvas IV del módulo. PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO V: PROYECTO FOTOVOLTAICO NIA: 664283 54 Figura 36: Curvas PV del módulo. 9. INVERSOR. Los inversores son elementos electrónicos que transforman la corriente continua proporcionada por el generador fotovoltaico en corriente alterna. Esta conversión DC/AC se realiza en la tensión, frecuencia y fase adecuada para ser utilizada posteriormente para uso propio o para ser inyectada a la red. A continuación se expone la ficha de características de los inversores empleados. 9.1. SELECCIÓN DEL INVERSOR. El inversor seleccionado es de la fábrica INGETEAM®, el modelo: INGECON® Sun 125TL. Se trata de un inversor de 125 kW incorporado en el interior de HYBRID junto con el regulador del sistema. Características generales: - Amplio rango de tensión de entrada. Máxima de hasta 820 Vdc. - Sistema avanzado de seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT). - Alto rendimiento energético, mayor del 96%. - Muy baja distorsión armónica (THD) del 3%. - Posibilidad de conexión en paralelo sin limitación. - Protecciones eléctricas integradas. - Descargadores de sobretensiones atmosféricas DC y AC incluidos. PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO V: PROYECTO FOTOVOLTAICO NIA: 664283 55 - Vigilancia anti-isla con desconexión automática. Posibilidad de desconexión manual de la red. - Pantalla LCD de 2 x 16 pulgadas y teclado para motorización en el frontal. - Grado de protección IP20. - Protección contra polarizaciones inversas, sobretensiones, cortocircuitos, fallo de aislamiento. - Certificado C.E. Directivas EMC y Baja Tensión. - Datalogger interno para almacenamiento de datos. Vida útil de más de 20 años. - Garantía de 5 años ampliable hasta 25 años. Opciones: - Comunicación por RS-485 o fibra óptica. - Módem para telefonía fija o GSM / GPRS. - Tarjeta de entrada adicional para la medición de temperatura, irradiación, etc. - Relé de salida libre de potencial para la señalización de alarmas. - Acceso remoto y diagnóstico de fallos. - Programa INGECON® Sun Control sobre PC para visualización de parámetros, registro de datos, etc. Características técnicas (Entrada/Salida), dimensiones y peso (Tablas 9 y 10): PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO V: PROYECTO FOTOVOLTAICO NIA: 664283 56 Tabla 9: Características técnicas (entrada) del inversor Tabla 10: Características técnicas (salida) del inversor PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO V: PROYECTO FOTOVOLTAICO NIA: 664283 65 - Medidas de tensión y corriente alterna generada - Estado del inversor (para detección de averías). - Se podrá controlar el Reset del inversor y su marcha y/o paro en función del modelo exacto elegido. 12.2. CONTADORES - Lectura de Medidas y Estado del Contador: - Medida de energía eléctrica entregado a la compañía eléctrica - Estado del contador (para detección de averías). 12.3. MAGNETOTÉRMICOS, DIFERENCIALES. Supervisión del estado de los magneto-térmicos y diferenciales utilizados. Firma: César Climent Palomo Ingeniero Industrial Septiembre del 2013 PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO VI: INSTALACION ELECTRICA NIA: 664283 66 VI . - D I S E Ñ O D E LA INSTALACIÓN ELÉCTRICA. 1. ALCANCE El alcance se detalla en los siguientes apartados: 1.1. RED DE ALUMBRADO PÚBLICO. La red de alimentación es un circuito enterrado que se encarga de alimentar todos los puntos de luz del parking, para poder disponer de esta manera de una iluminación correcta. El alcance en este apartado es el siguiente: - El trazado de la línea y todos los elementos que la componen. - Características técnicas y naturaleza de los conductores. - Selección de los conductores. - Red de puesta a tierra. - Elección de las lámparas, luminarias, soportes y distribución de éstos. - Estudio luminotécnico del parking 1.2. RED ELECTRONICA DE COMUNICACIÓN. La red electrónica de comunicación es un circuito que se encarga de alimentar todo el sistema de detección e información. El alcance en este apartado es el siguiente: - Instalación del concentrador de comunicaciones. - Características y trazado de la línea de 24V para alimentación de los LEDS indicadores, sensores y panel informativo. - Características y trazado de la línea BUS RS485. 2. NORMAS Y REFERENCIAS 2.1. DISPOSICIONES LEGALES Y NORMAS APLICADAS En el presente proyecto se han tenido en cuenta las condiciones de edificación establecidas en el Plan General de Ordenación Industrial del municipio de Salou A continuación se muestra una relación de normas que se han utilizado en el presente proyecto y que están en aplicación actualmente: PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO VI: INSTALACION ELECTRICA NIA: 664283 67 Red de distribución - Reglamento Electrotécnico para Baja Tensión e Instrucciones Técnicas Complementarias (Real Decreto 842/2002 de 2 de Agosto de 2002). - Normas Tecnológicas de la Edificación NTE IER – Red Exterior (B.O.E. 19.6.84). - Reglamento de Eficiencia Energética en Instalaciones de Alumbrado Exterior. - Real Decreto 1955/2000 de 1 de Diciembre, por el que se regulan las Actividades de Transporte, Distribución, Comercialización, Suministro y Procedimientos de Autorización de Instalaciones de Energía Eléctrica. - Normas particulares y de normalización de la Cía. Suministradora de Energía Eléctrica. - Condiciones impuestas por los Organismos Públicos afectados y Ordenanzas Municipales. - Reglamento de ordenación ambiental del alumbrado a la protección del medio nocturno (D. 82/2005) Seguridad y salud - Ley 31/1995, de 8 de noviembre, de Prevención de Riesgos Laborales. - Real Decreto 1627/1997 de 24 de octubre de 1.997, sobre Disposiciones mínimas de seguridad y salud en las obras. - Real Decreto 485/1997 de 14 de abril de 1997, sobre Disposiciones mínimas en materia de señalización de seguridad y salud en el trabajo. - Real Decreto 1215/1997 de 18 de julio de 1997, sobre Disposiciones mínimas de seguridad y salud para la utilización por los trabajadores de los equipos de trabajo. - Real Decreto 773/1997 de 30 de mayo de 1997, sobre Disposiciones mínimas de seguridad y salud relativas a la utilización por los trabajadores de equipos de protección individual. 3. DEFINICIONES Y ABREVIATURAS Todas las abreviaturas empleadas en esta parte del proyecto son abreviaturas normalizadas y conocidas, y en ningún caso inventadas. - REBT – Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión. - NTP – Normas Técnicas Particulares. - UNE – Una Norma Española. - BOE – Boletín Oficial del Estado. - RD – Real Decreto. - NNSS – Normas Subsidiarias municipales. PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO VI: INSTALACION ELECTRICA NIA: 664283 68 - TM – Termino municipal. - CIE – Comité Español de Iluminación. - ITC-BT – Instrucción Técnica Complementaria para Baja Tensión. - IP – Grado de protección. - BT – Baja Tensión. - CGP – Caja general de Protección. - CPM – Caja de Protección y Medida. - ICP – Interruptor General de Protección. - ID – Interruptor Diferencial. - VSAP – Sodio de Alta presión. - CCConcentrador de Comunicaciones. 4. ANÁLISIS DE SOLUCIONES. 4.1. SELECCIÓN DEL CABLE DE LA RED DE ALIMENTACIÓN. Tal y como marca la NTP-LSBT de ENDESA, los dos tipos de conductores que se pueden utilizar para la distribución subterránea en BT de energía eléctrica son los siguientes: Conductor RV (norma UNE-HD 603-5N) Conductor de tensión asignada 0,6/1 kV, de aluminio, clase 2, aislamiento de polietileno reticulado (R) y cubierta de PVC (V). Conductor XZ1 (norma UNE 211006) Conductor de tensión asignada 0,6/1 kV, de aluminio, clase 2, aislamiento de polietileno reticulado (R) y cubierta de poliolefina (Z1). Tabla 11. Tipos de conductores aceptados y sus características El tipo de conductor seleccionado para esta instalación es el RVFV por motivos económicos y comodidad. 4.2. SELECCIÓN DEL CABLE DE LA RED ELECTRONICA DE COMUNICACIONES. Para la alimentación de los sensores y los LEDS se ha escogido por recomendación de MABYC el cable de 2x1,5 mm2 ya que en cada línea no tenemos más de 50 dispositivos conectados y la línea no mide más de 175m. PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO VI: INSTALACION ELECTRICA NIA: 664283 69 Tabla 12. Recomendación de MABYC. El sistema de comunicación se ha realizado mediando el BUS RS-485 porque así lo requiere la propia empresa MABYC. 4.3. SELECCIÓN DE LAS LUMINARIAS Dentro del gran abanico de luminarias que ofrece el mercado de hoy en medio entre las cuales podemos encontrar lámparas de halogenuros metálicos, vapor de sodio de alta y baja presión, vapor de mercurio, fluorescentes, leds, etc, se ha decidido escoger debido a las características del parking lámpara de vapor de sodio de alta presión. Los principales motivos por los cuales se ha escogido este tipo de lámpara es por su alto flujo luminoso y larga vida que facilita el mantenimiento, además de su alto grado de eficiencia energética. 4.4. CANALIZACIONES Las canalizaciones bajo acera de la red de alimentación tal y como marca la normativa de la compañía suministradora pueden realizarse enterradas directamente o bajo tubo en seco. Se ha decidido disponer todos los cables de alumbrado en su paso bajo aceras dentro de tubos en seco (sin hormigonar). Esta decisión se ha tomado, motivada por el hecho de que dicho parking carece de muchos metros de acera y por motivos de protección y económicos es la mejor solución. PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO VI: INSTALACION ELECTRICA NIA: 664283 70 5. RESULTADOS FINALES En los siguientes puntos realizaremos una descripción de los aspectos generales del Parking SalouSun, y las distintas soluciones adoptadas en cuanto a: - Red de alimentación (alumbrado público) - Red electrónica de comunicaciones. 5.1. RED DE ALUMBRADO Objetivo de la red de alumbrado Toda instalación de alumbrado tiene como objetivo fundamental proporcionar unas condiciones de visibilidad que permitan la utilización de les áreas públicas por parte de los ciudadanos sin riesgo para su seguridad y bienestar físico por la falta de luz natural. La influencia del alumbrado en las condiciones de uso de los espacios se evidencia en: - Reducción número de accidentes y de la gravedad de estos. - Incremento de la seguridad de les persones y bienes. Una iluminación adecuada mejora las condiciones de vigilancia y constituye un elemento disuasorio a eventuales acciones delictivas o molestas. - Aumento de la comodidad de conductores y viandantes. El menor esfuerzo visual y la mayor amplitud de campo de percepción facilitan las actuaciones de todos los usuarios de las vías públicas. - Reducción del tiempo de los trayectos. - Mejora del ambiente y la estética del entorno. - Incremento de la actividad comercial y turística. Requisitos eléctricos y lumínicos Para la red de alumbrado público se tendrán en cuenta los siguientes requisitos: - La caída de tensión acumulada en cada tramo no superará el 3% de la tensión nominal. - Cada luminaria debe tener un factor de potencia superior o igual a 0,9. - La intensidad que circule por los conductores no será superior la intensidad máxima admisible de éstos. Según el Decreto 82/2005, por el cual se aprueba el Reglamento de desarrollo de la Ley 6/2001, de ordenación ambiental del alumbrado para la protección del medio nocturno, el municipio de Salou está clasificado como una zona de protección E3 y algunos de los terrenos de alrededor como una zona de protección E2. El hecho de que esté clasificado PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO VI: INSTALACION ELECTRICA NIA: 664283 71 como zona de protección E3 implica que se deben de cumplir unos valores máximos para evitar la contaminación lumínica, que son los siguientes: - Flujo Hemisferio Superior (FHS) instalado ≤15%. - Deslumbramiento perturbador ≤15%. - Iluminación intrusa en superficies verticales ≤10Lux. - Luminancia media en las fachadas ≤ 10 cd/m2. - Incremento Umbral de contraste (TI) 15% (para clase de alumbrado ME3/ME4). Figura 38: Mapa de la ordenación ambiental Los valores máximos de iluminación, dependiendo de las características de la calle, se encuentran en el Reglamento de Eficiencia Energética, y no pueden ser sobrepasados en más de un 20%. Los valores recomendados por el CIE se tendrán en cuenta como valores mínimos de iluminación para garantizar la seguridad de los usuarios. Según la normativa vigente las lámparas que se utilicen deben tener una eficiencia energética superior a 65 lm/W y no deben emitir flujo luminoso en radiaciones de longitud de onda inferior a 440 nm. A su vez, han de ser compatibles con las exigencias funcionales y paisajísticas de dicho lugar, por este motivo la normativa vigente también limita el tipo de lámparas según la zona de protección. En el caso del presente proyecto recomienda la utilización de lámparas de VSAP. Todos estos requisitos de partida nos servirán para posteriormente adoptar la solución más adecuada para cada caso. PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO VI: INSTALACION ELECTRICA NIA: 664283 72 Generalidades La empresa suministradora en caso de no tener autoabastecimiento será “ENDESA” y las condiciones de subministro serán les indicadas a continuación: - Distribución monofásica. - Tensión de 230 V. - Frecuencia de trabajo de 50 Hz. En cumplimento de las normas del REBT, la caída máxima de tensión admisible des del origen de la instalación hasta el punto de luz más alejado será de un 3% sobre la tensión nominal entre fases. Además, el factor de potencia de cada punto de luz deberá corregirse hasta un valor mayor o igual a 0,90 por este motivo cada luminaria tendrá instalado un condensador. Trazado de la red eléctrica La red de alimentación de los distintos puntos de luz será una red subterránea, ya que la opción de un trazado aéreo tiene la obligación de respetar las distancias mínimas de seguridad, hecho que hace que las normas municipales impidan su realización en muchos casos. La gran ventaja de este tipo de trazado es la seguridad de aislamiento que aporta a las líneas, disminuyendo así el mantenimiento correctivo. En el apartado Planos de dicho proyecto se muestra el trazado de les distintas líneas de alimentación del alumbrado del Parking. Características de los conductores Los conductores utilizados para el suministro de la red del alumbrado serán conductores bipolares, de cobre y tensión asignada de 0,6/1 kV. La sección mínima a emplear en los conductores de los cables, incluido el neutro, será de 6 mm2 para la distribución y de 10mm2 para la derivación individual. El conductor neutro de cada circuito que parte del cuadro, no podrá ser utilizado por ningún otro circuito. Los empalmes y derivaciones deberán realizarse en cajas de bornes adecuadas, situadas dentro de los soportes de las luminarias, y a una altura mínima de 0,3 m sobre el nivel PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO VI: INSTALACION ELECTRICA NIA: 664283 73 del suelo o en una arqueta registrable, que garanticen, en ambos casos, la continuidad, el aislamiento y la estanqueidad del conductor. Tipo de cable El cable seleccionado para la línea general de alimentación y la derivación individual será de la empresa DRAKA ENERGÍA modelo COMIL, o calidad similar bipolares, y sección10 mm2. El cable seleccionado para el suministro de energía a todos los puntos de luz será de la empresa DRAKA ENERGÍA modelo COMIL, o calidad similar, bipolares, y sección 6 mm2. El cable seleccionado para la alimentación del cuadro de comunicaciones y los dos lazos inductivos será de la empresa DRAKA ENERGÍA modelo COMIL, o calidad similar, bipolares, y sección 1,5 mm2. El cable seleccionado para la alimentación a las lámparas es de la empresa DRAKA ENERGÍA, modelo COMIL, o calidad similar, bipolar, y de sección 2,5 mm2. Construcción La construcción de los conductores seleccionados está basada en la norma UNE EN 21123-2. - Conductor: Cobre electrolítico recocido desnudo de clase 2. - Aislamiento: Polietileno reticulado XLPE correspondiente al tipo DIX 3, según norma UNE-HD 603-1. - Cubierta exterior: PVC correspondiente al tipo DMV-18 según norma UNEHD 603-1 y color negro. - Armadura: Doble fleje de acero galvanizado con solape del 50 %, recubrimiento sobre el cable del 100 %. En cables unipolares la armadura es de aluminio (amagnético). PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO VI: INSTALACION ELECTRICA NIA: 664283 74 Figura 39. Construcción cable COMIL. Características técnicas - Tensión de servicio: 0,6/1 kV. - Tensión de ensayo: 3500V C.A. durante 5’. - Temperatura máxima del conductor: + 90 ºC. - Temperatura máxima cortocircuito: + 250 ºC. Normativa - No propagador de la llama: UNE-EN 60332-1 (IEC 60332-1). - Exento de plomo: Por absorción atómica. Datos constructivos Tabla 13. Datos constructivos conductor COMIL. Armario de alumbrado El armario utilizado en el ámbito del proyecto será un cuadro inteligente para alumbrado con ahorro energético, modelo CITI 10 R de ARELSA o calidad similar. PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO VI: INSTALACION ELECTRICA NIA: 664283 81 - El conductor de protección que une cada soporte con el electrodo o con la red de tierra, será de cable unipolar aislado, de tensión asignada 450/750 V, con recubrimiento de color verde-amarillo, y sección mínima de 16 mm2 de cobre. Todas las conexiones de los circuitos de tierra, se realizarán mediante terminales, grapas, soldadura o elementos apropiados que garanticen un buen contacto permanente y protegido contra la corrosión. Figura 43. Instalación de puesta a tierra de la red de alimentación Lámparas Las lámparas escogidas para el alumbrado del Parking SalouSun son de la marca PHILIPS o calidad similar, y las características de las mismas, según el fabricante son las que se exponen a continuación. PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO VI: INSTALACION ELECTRICA NIA: 664283 82 MASTER SON-T PP 150W Se trata de una lámpara de sodio a alta presión con tecnología PIA (Philips Integrated Antenna), alto flujo luminoso y larga vida. Figura 44. Lámpara SON-T Pia Plus 150W Características generales de la lámpara: - Base/casquilla: E40 - Forma de la lámpara: T46 [T 46mm]. - Posición de funcionamiento: Cualquiera. - Vida al 10% de fallos: 21000 hr. - Vida al 50% de fallos: 36000 hr. Características eléctricas de la lámpara: - Potencia: 150W. - Voltaje: 100V. - Corriente con Balasto electrónico: 1.8A. - Tiempo de arranque: 10s. - Regulable: Si. Características medioambientales de la lámpara: - Contenido de mercurio (Hg): 16mg. Características de la fuente de luz: - Código de color: 220. - Índice reproducción cromática: 25 Ra8. - Temperatura de color: 2000 K. - Flujo luminoso de la lámpara: 18000 Lm. - Eficiencia lumínica: 117 Lm/W. PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO VI: INSTALACION ELECTRICA NIA: 664283 83 SON-I 50W Se trata de una lámpara cerámica de halogenuros metálicos de descarga para iluminación exterior con luz blanca, cerrada con un bulbo exterior de cuarzo. Figura 45. Lámpara SON-I 50W Características generales de la lámpara: - Base/casquilla: E40 - Forma de la lámpara: T46 [T 46mm]. - Posición de funcionamiento: Cualquiera. - Vida al 10% de fallos: 13000 hr. - Vida al 50% de fallos: 28000 hr. Características eléctricas de la lámpara: - Potencia: 50W. - Voltaje: 85V. - Corriente con Balasto electrónico: 0,76A. - Regulable: si Características medioambientales de la lámpara: - Contenido de mercurio (Hg): 12mg. Características de la fuente de luz: - Código de color: 220 - Índice reproducción cromática: 25 Ra8. - Temperatura de color: 2000 K. - Flujo luminoso de la lámpara: 3400 Lm. - Eficiencia lumínica: 65 Lm/W. PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO VI: INSTALACION ELECTRICA NIA: 664283 84 Luminarias Las luminarias escogidas para el alumbrado del Parking SalouSun son de la marca PHILIPS o calidad similar, y las características de las mismas, según el fabricante son las que se exponen a continuación. ARKEN Se trata de una luminaria de alumbrado viario que permite combinar la elegancia con un rendimiento de alumbrado excelente. Sus formas fluidas y redondeadas le otorgan un carácter visual sólido y distinguido. Permite un considerable ahorro energético y resulta fácil de instalar y mantener. Figura 46. Luminaria ARKEN. Características generales de la luminaria: - Numero de lámparas: 1. - Clase de seguridad: II. - Código IP: 66 [Protegida contra penetración del polvo y contra chorros de agua]. - Código IK: 10 - Color: Escala de grises - Cubierta óptica: Mezcla policarbonato - Control de iluminación: No. - Fotocélula: No. Características eléctricas de la lámpara: - Potencia de la lámpara: 50W. - Tensión de línea: 220 a 240V. PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO VI: INSTALACION ELECTRICA NIA: 664283 85 METRONOMIS BRUSSELS Se trata de una luminaria de gran distinción. Esta luminaria se puede combinar con una amplia variedad de ópticas para reflejar la diferencia de la cultura urbana y la historia. Gracias a su estética durante el día, Metronomis se integra de forma armoniosa en cualquier escenario urbano, durante la noche resulta un tanto funcional, creando un agradable ambiente en las plazas y zonas peatonales de la ciudad. Figura 47. Luminaria METRONOMIS BRUSEELS. Características generales de la luminaria: - Numero de lámparas: 1. - Balastro: Convencional. - Clase de seguridad: II. - Código IP: 66 [Protegida contra penetración del polvo y contra chorros de agua]. - Código IK: 05. - Color: Gris. - Sistema óptico: A - Cubierta óptica: PC - Arrancador: SND [Digital semi-parallel]. - Control de iluminación: No. Características eléctricas de la lámpara: - Potencia de la lámpara: 75W. - Tensión de línea: 230V. PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO VI: INSTALACION ELECTRICA NIA: 664283 86 Soportes Las soportes escogidas para el alumbrado del Parking SalouSun son de la empresa FUNDICION DUCTIL BENITO o calidad similar, y las características de los mismos, según el fabricante son las que se exponen a continuación. COLUMNA OSLO - Descripción: Columna telescópica fabricada en una sola pieza. Recomendada para zonas residenciales, peatonales y plazas. - Material: Columna fabricada en Acero S-235-JR galvanizado en caliente. El inferior tramo de 2m está pintado en oxirón, y el resto de la luminaria en gris. - Fijación: Columna fijada al suelo con unos pernos de anclaje M18x500mm (IA01). DELTA MIXTA 90 - Descripción: Columna fabricada en dos piezas con una base de forma troncocónica con adornos longitudinales de sección rectangular, y fuste de sección circular. Consta de tres anclajes para proyectores. - Material: El fuste y el brazo están fabricados en acero inoxidable, mientras que la base tiene un acabado oxirón negro forja. - Fijación: Columna fijada al suelo con unos pernos de anclaje M22x700mm (IA08). Disposición de las luminarias La disposición de las luminarias es muy importante a la hora de conseguir tanto una buena iluminación como que ésta sea la adecuada según lo establecido en el Reglamento de eficiencia energética. La disposición de las luminarias adoptada en este proyecto es libre, sin seguir ningún patrón fijo. Véase en la figura que para la iluminación del vial se emplean las cuatro luminarias de las esquinas mientras que para el paso peatonal se emplean las tres luminarias alineadas separadas entre sí 17,2m. PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO VI: INSTALACION ELECTRICA NIA: 664283 87 Figura 48. Disposición de las luminarias por módulo.. 5.2. RED ELECTRÓNICA DE COMUNICACIONES Generalidades La empresa que proporcionará toda la paramenta para llevar a cabo el sistema de comunicación será MABYC y las condiciones de alimentación serán les indicadas a continuación: - Alimentación en corriente continua - Tensión de 24 V. Además también proporcionará los LEDS indicadores y los sensores volumétricos. MABYC también proporcionará la infraestructura por donde pasaran los siguientes cables: - 2x1,5mm2 - RS485 ETHERNET Trazado de la red de comunicación El trazado de la red de comunicación será aéreo sobre canal PVC en la mayoría de su recorrido y subterránea para el paso de los viales. PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO VI: INSTALACION ELECTRICA NIA: 664283 88 TRAZADO AÉREO El sistema Optima utiliza su propio conjunto de bandejas de conducción y soporte para instalar rápida y fácilmente tanto el cableado general de comunicación y alimentaciones como los sensores y marcadores de estado de cada plaza. La bandeja es de PVC reciclable (calidad V0) y tapa registrable del mismo material, sección 31 x 60, y está disponible con diferentes tipos de pre-troquelado según los elementos a alojar. Esta bandeja se fija al techo mediante unos soportes multiposición específicos, y la unión entre diferentes tramos de bandeja se cubre con "codos" para asegurar la correcta protección de su contenido. Los codos son de chapa galvanizada de 0,8 mm y aristas romas. La altura de montaje de la bandeja respecto al suelo debe ser tal que permita que los sensores y los indicadores externos queden a una altura superior al gálibo del parking. En todo caso, si la altura del parking y el gálibo lo permiten, se recomienda montar la bandeja a 2,5 m del suelo. TRAZADO SUBTERRÁNEO El trazado subterráneo de la red de comunicación se realizará bajo tubo PVC de 40 mm2. Características de los conductores Los conductores utilizados para la alimentación de los elementos de la red electrónica de comunicaciones serán conductores bipolares, de cobre y tensión asignada de 0,6/1 kV. Para la conexión del BUS RS-485 será necesario utilizar los latiguillos de alimentación y los conectores de derivación proporcionados conjuntamente con cada sensor o rótulo. Tipo de cable CONDUCTOR DC 24V El cable seleccionado para la alimentación de todos los dispositivos electrónicos es de la empresa TRONIOS Sound & Light, negro/rojo, bipolares, y sección 1,5 mm2. BUS DE COMUNICACIONES RS485ETHERNET PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO VI: INSTALACION ELECTRICA NIA: 664283 89 El bus RS-485 se utiliza en la automatización de los edificios pues el cableado simple del bus y la longitud de cable es larga por lo que son ideales para ensamblar los dispositivos que se encuentran alejados. - Interfaz diferencial - Conexión multipunto - Alimentación única de +24V - Hasta 256 estaciones - Velocidad máxima de 10 Mbps (a 12 metros) - Longitud máxima de alcance de 1.200 metros (a 100 Kbps) - Rango de bus de -7V a +12V Sensores Los sensores de plaza actúan como detectores volumétricos por ultrasonidos que registran y transmiten adecuadamente cuál es el estado (libre/ocupado) de la plaza de aparcamiento que controlan. Para indicar visualmente este estado, cada sensor de plaza se complementa con un marcador de estado. Los sensores de plaza se ubican en las bandejas de soporte colgadas del techo sobre cada plaza de estacionamiento. Por ello, el número de sensores de plaza debe ser el mismo que el número de plazas de aparcamiento que se quiera controlar. Adicionalmente, cada sensor de plaza integra en el mismo dispositivo un segundo sensor de temperatura que actúa como centinela anti incendios, además de instrumentar la generación de un mapa térmico del aparcamiento. Figura 49. Sensor volumétrico Características técnicas - Alimentación / Consumo: 24V, 35mA - Dimensiones: 160mm x 56mm - Control de la temperatura: Sensor de temperatura ambiental integrado y monitorizable desde la unidad de control. PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO VI: INSTALACION ELECTRICA NIA: 664283 90 - Comunicaciones: Bus de comunicaciones RS485 ETHERNET común con los rótulos indicadores - Firmware: Control de cada sensor mediante un programa integrado en FLASH, actualizable remotamente desde el concentrador. - Altura máxima de operacion: 4,3m respecto del suelo - Condiciones de funcionamiento: Entre -20ºC y 60ºC Marcadores de estado Los marcadores de estado, son dispositivos señaladores que indican lumínicamente cuál es el estado (libre / ocupado) de la plaza de aparcamiento controlada por el sensor de plaza al que se asocia. Este dispositivo se instala en la parte frontal (pasillo) de la plaza de aparcamiento. Los leds están especialmente diseñados para ser perfectamente visibles hasta a 250 m de distancia y en el interior del recinto del aparcamiento. Estos leds pueden adoptar diferentes colores dependiendo del tipo o estado de la plaza controlada, tal y como se especifica en la siguiente tabla: Para indicar el estado de la plaza de aparcamiento, cada sensor utiliza unos emisores de luz o leds que puede incorporarse en el interior del mismo sensor, o bien en un marcador de estado accesorio al mismo. Los sensores de plaza se ubican sobre el techo de cada plaza de estacionamiento. Figura 50. LED indicador. - Alimentación / Consumo: 24V, 35mA. - Dimensiones: Diámetro 44mm altura 62mm (envolvente). - LED iluminación: Indicación mediante 7 leds de alta luminosidad. - Comunicaciones: Bus RS485 ETHERNET común con los rótulos indicadores. - Condiciones de funcionamiento: Entre -20ºC y 60ºC. PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO VII: VEHÍCULO ELECTRICO NIA: 664283 97 El gas natural está compuesto mayoritariamente por metano. Es un combustible fósil que se extrae de yacimientos que pueden estar o no asociados a los del petróleo. El gas natural se aplica tanto a vehículos pesados como ligeros. Dependiendo de factores logísticos o estratégicos fijados en cada país, está más desarrollado un segmento que otro. En España, la fiscalidad ha favorecido su introducción en el servicio público. Los vehículos de gas natural son similares a los de gasolina, difiriendo de ellos en la alimentación y almacenamiento del combustible (como gas natural comprimido, GNC, o gas natural licuado, GNL). En la actualidad, el GNC es la opción más utilizada. Los vehículos de gas natural son considerados bastante limpios en lo que respecta a emisiones atmosféricas que afectan a la salud humana: CO, NOx, HC y partículas. En relación al CO2, las emisiones de estos vehículos son del orden de un 20% inferiores a las de los vehículos de gasolina y entre 5-10% inferiores a las de sus análogos diésel, aunque esta ventaja se invalida en entorno urbano, donde las emisiones son del mismo orden. Figura 57: Autobús con propulsión a gas. El coche híbrido: Un vehículo híbrido tiene un motor de combustión interna y un motor eléctrico. Ambos se combinan para dar una conducción más eficiente. El motor térmico se detiene en las paradas del vehículo y el motor eléctrico ayuda al térmico en los arranques y aceleraciones. La mayor ventaja de los híbridos se produce en condiciones de uso en las que hay continuas paradas y aceleraciones, es decir, en el entorno urbano. Los vehículos con sistema de propulsión híbrida son más limpios y eficientes que los convencionales y sus costes de funcionamiento son inferiores, aunque su adquisición sea más cara. Los costes de producción de estos vehículos PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO VII: VEHÍCULO ELECTRICO NIA: 664283 98 son bastante altos, aunque se espera que se reduzcan a medida que los niveles de ventas y fabricación de estos vehículos aumenten. Desde el punto de vista medioambiental son una alternativa muy interesante, porque emiten menos CO2 que sus equivalentes convencionales y consumen menos combustible, sobre todo en entorno urbano. Vehículo eléctrico: Los vehículos eléctricos alimentados exclusivamente por baterías no producen emisiones atmosféricas en el punto de utilización, son muy silenciosos y tienen bajos costes de mantenimiento. Su mayor limitación procede precisamente de la autonomía y duración de la batería. En función de la composición de la misma presenta mayor o menor autonomía, pero aquellos casos en que la autonomía es mayor, la batería es cara. Presentan precios de adquisición elevados, pero sus costes de utilización son inferiores. Figura 58: Vehículo eléctrico. Hidrógeno (pila de combustible): Las pilas de combustible de hidrógeno son sistemas electroquímicos en los que se transforma la energía química en energía eléctrica y vapor de agua. Este concepto ofrece ventajas sustanciales sobre la tecnología clásica de combustión, no solamente por el aumento de la eficiencia hasta niveles de 30-40% sino también porque la única emisión producida es vapor de agua. De forma global, los automóviles que utilizan hidrógeno como combustible son 22% más eficientes que los movidos por gasolina. PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO VII: VEHÍCULO ELECTRICO NIA: 664283 99 Sin embargo, en la actualidad, la mayor parte del hidrógeno se produce a partir de gas natural mediante un proceso con vapor de agua que genera CO2. Se espera que a largo plazo la producción de hidrógeno se base en el aprovechamiento de energías renovables. Se considera que a largo plazo constituirán una de las mejores opciones para los motores de combustión interna. Figura 59: Autobús de hidrógeno. 3. INTRODUCCIÓN AL COCHE ELÉCTRICO. Los coches eléctricos son algo que podemos ver frecuentemente en los medios de comunicación e incluso en ocasiones, en nuestra vida diaria. Hay algunas razones por el continuo interés en estos vehículos. El Vehículo Eléctrico se presenta como alternativa de futuro en cuanto a transporte urbano se refiere, trae consigo una disminución considerable del consumo energético, los coches eléctricos crean menos polución que los coches alimentados con gasolina/diesel, por lo que son una alternativa menos contaminante y sobre todo trae la disminución de la contaminación medioambiental en las grandes ciudades. Otra fuente de contaminación ambiental es la contaminación acústica. Este factor desaparece prácticamente mediante la utilización de automóviles eléctricos extremadamente silenciosos, lo cual se agradece sobre todo en las ciudades. El agotamiento de los recursos energéticos como es el petróleo, produce un encarecimiento del producto que repercute en las economías de los países y que les hace buscar otras alternativas en otros recursos energéticos. Una de las mayores limitaciones actuales en el automóvil eléctrico para la generalización de los vehículos eléctricos es el coste de las baterías, su autonomía y su capacidad, en comparación con el automóvil actual. Ambos parámetros provienen de la falta de un sistema de almacenamiento de energía óptimo. PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO VII: VEHÍCULO ELECTRICO NIA: 664283 100 Se están realizando estudios sobre la circulación en grandes ciudades respecto a los siguientes parámetros: - Número de kilómetros diarios. - Número de desplazamientos por día y por persona. - Velocidad media durante el desplazamiento. - Número de pasajeros por trayecto. - Equipaje transportado por trayecto. El Gobierno español ha propuesto que en 2014 circulen por nuestras carreteras un millón de coches eléctricos. Los fabricantes ya se están moviendo, las administraciones primarán la investigación en este campo y las empresas responsables del suministro y las infraestructuras necesarias (el punto más complejo) también trabajan para conseguirlo. Ahora, tras casi 100 años del primer coche eléctrico, constituye una alternativa real a los vehículos con motor de combustión. La problemática de la dependencia del petróleo, así como la necesidad de reducir consumos y emisiones, han hecho que las marcas se disputen el desarrollo de estos automóviles, que parecen el futuro del sector. Esto conlleva un aumento en la demanda de generación de energía, ya sean fuentes renovables, energía nuclear, carbón, gas, etc. 4. VEHÍCULO ELÉCTRICOS EN AUTOMOCIÓN. El concepto de “vehículo eléctrico” engloba a todos aquellos vehículos que utilizan para su propulsión la energía eléctrica almacenada a bordo mediante baterías. Por ello, en función de la recarga de esa energía eléctrica utilizada se les puede clasificar como: - Vehículos eléctricos de batería intercambiable: Corresponde a aquellos vehículos que pueden cambiar su batería gastada por otra recargada en un centro de suministro. - Vehículos eléctricos enchufables: Corresponde a aquellos vehículos que pueden cargar energía directamente de la red eléctrica y almacenarla en la batería. - Vehículos híbridos es aquel que combina un motor eléctrico normalmente alimentado con baterías y un motor de combustión interna convencional. PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO VII: VEHÍCULO ELECTRICO NIA: 664283 101 5. CÓMO FUNCIONAN. Los coches eléctricos funcionan igual que los convencionales, aunque su mecánica es diferente: el motor eléctrico no lleva cambio de marchas, y en vez de depósito de combustible, hay un conjunto de baterías o pilas. Algunos de los cambios que se han de realizar en un coche eléctrico se pueden resumir en los siguientes puntos: - El motor de gasolina, el silenciador, el convertidor catalítico y el tanque de la gasolina son retirados. - El embrague es retirado, dejando la transmisión en su lugar. - Un nuevo motor de corriente alterna se ajusta a la transmisión con un plato adaptador. - Un controlador eléctrico es añadido para controlar el motor eléctrico. - Una bandeja de baterías es instalada en el suelo del coche - Se instalan motores eléctricos para hacer funcionar elementos que solían utilizar su energía del motor: aire acondicionado, limpia parabrisas, etc. - Un inyector es añadido a los frenos, que solían funcionar con el motor de combustión. - Un cargador es añadido a las baterías para que se recarguen. - Un pequeño calentador eléctrico de agua es añadido para proveer de calefacción. Estos son los cambios principales de un coche transformado a uno eléctrico, aunque existen más. Figura 60: Motor eléctrico. Al acelerar, no hay ningún sonido ni vibración, la batería manda electricidad al propulsor y éste mueve el automóvil. PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO VII: VEHÍCULO ELECTRICO NIA: 664283 102 En el proceso intervienen dos cerebros electrónicos: uno funciona como un distribuidor y convierte la corriente continua de la batería en alterna, para que pueda utilizarla el motor; el otro, gestiona la entrega de potencia de la mecánica. El conjunto se completa con las tomas de carga, que suelen ser dobles: para enchufes domésticos y postes trifásicos. A diferencia de los motores de gasolina y diesel, que van ganando potencia a medida que se sube de revoluciones, los eléctricos funcionan al revés: rinden al máximo desde cero y van perdiendo empuje según se van revolucionando. Este detalle hace que aceleren desde parado con contundencia. Su mayor peso frente a un modelo normal es otra de sus características. Las baterías superan los 200 kilos, pero la ausencia de cambio y el motor eléctrico, que es más ligero, ahorran unos 50 y dejan la diferencia en unos 150 kilos más respecto a un coche tradicional. Gracias al alto par de empuje de los motores eléctricos, los vehículos eléctricos son fáciles de conducir tanto en zonas urbanas como en carretera y en caminos fuera de ésta. Figura 61: Interior de un coche eléctrico. PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO VII: VEHÍCULO ELECTRICO NIA: 664283 103 5.1. COMPONENTES. Los componentes principales de un coche eléctrico de batería fundamentalmente son: - Baterías - Motor Eléctrico - Sistema de conexión mecánica entre el motor eléctrico y la transmisión - Controlador del motor eléctrico - Potenciómetro - Interruptor principal - Interruptor de seguridad - Fusible principal - Dispositivo de conexión del cableado - Interruptor de carga - Transformador o convertidor de voltaje de corriente continua a corriente continua (DC/DC). Figura 62: Componentes del coche eléctrico. El corazón de un coche eléctrico es la combinación de: Motor eléctrico: El motor eléctrico es cuatro veces más eficiente que el motor de combustión interna. Se caracterizan por ser muy silenciosos y por su gran agilidad funcional (un PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO VII: VEHÍCULO ELECTRICO NIA: 664283 104 vehículo eléctrico no necesita caja de cambios). No producen ninguna emisión contaminante o dañina. El motor eléctrico aprovecha la energía de los frenados, que normalmente se perderían a través de la disipación del calor y la fricción, mejorando notablemente la eficiencia de los vehículos tradicionales, lo que lo hace ideal para los desplazamientos urbanos. Al tener menos partes mecánicas, sus costes de operación son inferiores. Los vehículos eléctricos pueden tener sólo un gran motor eléctrico conectado a la transmisión, o varios pequeños motores en cada una de las ruedas. Los vehículos eléctricos con sólo un motor se adaptan mejor al diseño tradicional y permiten un motor más potente, pero presentan algunas pérdidas de eficiencia a través de la fricción. Los vehículos eléctricos con motores en los neumáticos evitan muchas de las pérdidas de transmisión frente a un único motor, pero en la actualidad son más apropiados para pequeños vehículos, debido a la necesidad de mayor potencia de los vehículos grandes. Controlador del motor: El controlador coge energía de las baterías y se lo entrega al motor. El acelerador va conectado a unos potenciómetros y estos proveen de la señal que le dice al controlador cuanta energía se supone que tiene que entregar. El controlador puede enviar/entregar varios niveles de potencia, controlando la velocidad. Figura 63: Componentes del coche eléctrico. Baterías: Es el componente crítico, hay importes desventajas e inconvenientes: En primer lugar la capacidad y el coste de las baterías. Las baterías de ión-litio mejoran la capacidad y la autonomía de los vehículos, pero son costosas. PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO VII: VEHÍCULO ELECTRICO NIA: 664283 105 Otros inconvenientes son las limitaciones de tamaño y prestaciones de los vehículos eléctricos, el tiempo de recarga de las baterías, la ausencia actual de puntos de recarga o de cambio de baterías, y los cambios que deberían producirse en la generación de electricidad y en la red de distribución. No obstante, las ventajas económicas, políticas, sociales y ambientales a medio y largo plazo son muy superiores. El futuro de los vehículos puramente eléctricos parece pasar por las nuevas generaciones de acumuladores químicos. Las principales tecnologías son las siguientes (Tabla 15): Tipo de baterías Energia (Wh/kg) Energia/volumen (Wh/litro) Potencia/peso (W/kg) Nºde ciclos Eficiencia energética (%) Zebra (NaNiCl) 125 300 - 1000 92.5 Polimero de litio 200 300 >3000 1000 90.0 Iones de litio 125 270 1800 1000 90.0 NiquelHidruro Metálico (NiMH) 70 140-300 250-1000 1350 70.0 NiquelCadmio (Ni-Cd) 60 50-150 150 1350 72.5 PlomoAcido 40 60-75 150 500 82.5 Tabla 15: Tipos de baterías - Plomo-ácido: Los acumuladores de plomo-ácido son las más antiguas y tienen una baja relación entre la electricidad acumulada con el peso y el volumen. Ocupan mucho espacio y pesan mucho, pero son duraderas y de bajo coste, y la tasa de reciclaje supera el 90%. Para conseguir una autonomía de 50 km con una velocidad punta de 70 km/h se necesiten más de 400 kg de baterías de plomo-ácido. El periodo de recarga puede oscilar entre 8 y 10 horas. PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO VII: VEHÍCULO ELECTRICO NIA: 664283 106 - Níquel Cadmio (NiCd): Utilizan un ánodo de níquel y un cátodo de cadmio. El cadmio es un metal pesado muy tóxico, por lo que han sido prohibidas por la Unión Europea. Tienen una gran duración (más de 1.500 recargas) pero una baja densidad energética (50 Wh/kg), además de verse afectadas por el efecto memoria. - Baterías de Níquel-Hidruro Metálico (NiMH): Las baterías recargables de níquel hidruro metálico es muy similar a la de níquel cadmio, pero sin el metal tóxico, por lo que su impacto ambiental es muy inferior. Las baterías recargables de níquel hidruro metálico almacenan de 2 a 3 veces más electricidad que sus equivalentes en peso de níquel cadmio, aunque también se ven afectadas por el efecto memoria, aunque en una proporción menor. Su densidad energética asciende a unos 80 Wh/kg. - Iones de litio (Li-ion): Las baterías de iones de litio deben su desarrollo a la telefonía móvil y su desarrollo es muy reciente. Su densidad energética asciende a unos 115 Wh/kg, y no sufren el efecto memoria. Las baterías de iones de litio se usan en teléfonos móviles, ordenadores, portátiles, reproductores de MP3 y cámaras. Probablemente alimentarán la siguiente generación de vehículos híbridos y eléctricos puros conectados a la red. A pesar de sus indudables ventajas, también presentan inconvenientes: sobrecalentamiento y alto coste. - Baterías de polímero de litio: Es una tecnología similar a la de iones de litio, pero con una mayor densidad de energía, diseño ultraligero (muy útil para equipos ultraligeros) y una tasa de descarga superior. Entre sus desventajas está la alta inestabilidad de las baterías si se sobrecargan y si la descarga se produce por debajo de cierto voltaje. - Baterías Zebra (NaNiCl): Una de las baterías recargables que más prometen son las conocidas como Zebra. Tienen una alta densidad energética, pero operan en un rango de temperaturas que va de 270ºC a 350ºC, lo que requiere un aislamiento. Son apropiadas en autobuses. La distancia que un vehículo eléctrico puede recorrer sin recargar la batería, en los modelos actuales o de próxima fabricación, va de 60 a 250 kilómetros. Hay que tener en cuenta que la mayor parte de los desplazamientos diarios son inferiores a los 60 km. PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO VII: VEHÍCULO ELECTRICO NIA: 664283 113 Figura 67: Curva de demanda. Figura 68: Estructura de generación. En este ejemplo, se aprecia cómo la demanda va variando a lo largo del día, dándose el momento de máximo consumo sobre las 21:00 horas, y el de mínimo consumo sobre las 05:00 horas. La curva de demanda, aunque varía, lo hace dentro de ciertos parámetros conocidos por la experiencia. La razón de esto hay que buscarla en los patrones de consumo de los principales segmentos de consumidores, los cuales no varían drásticamente en cortos intervalos, sino que son más bien estables y predecibles debido las tendencias que van mostrando a lo largo del tiempo: - Ciclos de consumo en sector residencial: iluminación, consumo de TV, lavadoras y electrodomésticos, etc. - Horarios del sector terciario (Oficinas y servicios): horario de entrada y salida, periodos de máximo consumo de calefacción y aire acondicionado, etc. - Patrón de consumo industrial y sector primario. En la gran mayoría de los casos, los principales consumidores de energía eléctrica son los sectores industrial y residencial. El primero se caracteriza por un pequeño número de consumidores con un elevado consumo y, el segundo, por un elevado número de consumidores con un bajo consumo eléctrico. A fin de asegurar un mínimo en la calidad y seguridad del suministro, el sistema eléctrico necesita mantener un cierto índice de cobertura de la demanda, es decir, un margen entre la potencia eléctrica instalada disponible en las centrales y el pico de demanda eléctrica previsto. Esto implica que parte de las instalaciones de generación, así como redes de transporte y distribución, sólo se requieran para cubrir los picos de demanda. PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO VII: VEHÍCULO ELECTRICO NIA: 664283 114 El resto del tiempo, estas infraestructuras están sin utilizar, y no sólo están sin producir, sino que a fin de estar preparadas para entrar a cubrir las puntas, consumen importantes recursos en operación y mantenimiento. Gestión de la curva de carga. Para la operación del sistema eléctrico, es importante incorporar nuevas demandas que permitan aplanar la curva de carga, objetivo siempre importante, en una creciente penetración de las energías renovables en la generación de electricidad. El recurso primario renovable presenta unas ciertas dificultades de almacenamiento y una limitada gestionabilidad. En la España Peninsular, se dan dos elementos adicionales: la limitada capacidad de bombeo, que supone la alternativa óptima de almacenamiento nocturno, y las dificultades de colocar excedentes de generación en los sistemas eléctricos de los países vecinos. La apuesta por los vehículos eléctricos es, por tanto, una alternativa con un claro potencial. El incremento de la demanda con vehículos eléctricos obligará a una mayor contribución por parte de las renovables, lo que una vez más redunda en la necesidad de dotar de una mayor flexibilidad a la operación del sistema con esta y otras soluciones. Deben permitir inicialmente incorporar nuevas cargas en horas de baja demanda y posteriormente, modular cargas en diferentes periodos. 7.2. REDES INTELIGENTES. Dado que en España, como en la mayoría de los países, la tarifa nocturna o valle es inferior a la normal, lo usual sería recargar las baterías por la noche. Una red “inteligente” de decenas de miles de puntos de recarga en calles y aparcamientos, con el software apropiado, diría al vehículo cuando debe recargar, parar e incluso verter la electricidad a la red. Hay que tener en cuenta que la mayor parte del parque pasa gran parte del tiempo aparcado, utilizándose sólo una o dos horas al día en la mayoría de los casos. Por término medio el 95 por ciento de todos los automóviles están estacionados en un momento dado, utilizándose como media una hora al día. Por esta razón los vehículos eléctricos deben jugar un papel clave para empezar a gestionar mejor la red, aplanar la curva de carga, aprovechar la llamada reserva activa que en gran parte se desaprovecha (la cantidad de electricidad disponible para garantizar la inmediata disponibilidad en caso de necesidad por un aumento inesperado de la demanda) y permitir un aumento de la aportación de energías renovables. PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO VII: VEHÍCULO ELECTRICO NIA: 664283 115 La reserva activa podría suministrar la electricidad que consume un tercio del parque de vehículos en la mayoría de los países, siempre que exista la red adecuada, y evitaría tener que crear una capacidad de generación muy costosa que sólo se va a utilizar unas pocas horas al año, esas 30 o 40 horas que coinciden con olas de frío o de calor. 7.3. EL VEHÍCULO ELÉCTRICO, CURVA DE CARGA Y REDES INTELIGENTES. Un vehículo eléctrico medio consume alrededor de 10-20 kWh por cada 100 km. Un coche que recorra unos 15.000 Km al año consumiría alrededor de 2.250 kWh, equiparable al consumo doméstico medio. Aunque lo más importante es la capacidad de carga de las propias baterías, con una carga de 5-7 kWh durante la noche en un enchufe casero, sería suficiente para el recorrido que va a realizar un vehículo durante el día. El impacto en el sistema eléctrico de una hipotética implantación de 2 millones de coches eléctricos sería aumentar la demanda de energía en 3.500 GWh al año, pero teniendo en cuenta que esa energía sería gestionable por el operador del sistema (OS), como un sistema de almacenamiento complementario al bombeo. En la Figura 69 se observa como cambiaría la curva de demanda con el consumo adicional que supondría la recarga de 2 millones de coches eléctricos (6,5 % del actual parque automovilístico en España). Si suponemos que la carga del vehículo se produce uniformemente a lo largo de las 7 horas que durante la noche tienen menos consumo, el incremento en la demanda sería de unos 2.000 MW en cada una de esas 7 horas, suponiendo que cada batería se recargara con 7 kWh (energía suficiente para recorrer 70 Km). Figura 69: Curva de la demanda eléctrica. PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO VII: VEHÍCULO ELECTRICO NIA: 664283 116 Sin embargo, la operación del sistema, podría ser mucho más flexible con la utilización de sistemas inteligentes que siguieran la evolución demanda general del sistema. En la figura 70 se puede observar cómo sería la curva para este caso, utilizando el mismo número de vehículos. Se puede observar que en las horas de menor consumo la demanda se podría aumentar incluso en 4.000 MW, aplanando considerablemente la curva de carga por la noche, e incluso en algunas horas del día en las que el consumo tampoco es excesivo, como pueden ser las 4 o las 5 de la tarde. Figura 70: Curva de la demanda eléctrica. La carga durante las horas de la tarde podría hacerse en los aparcamientos de los edificios de oficinas donde se ubican los vehículos. Además de aumentar la demanda en horas valle, el vehículo eléctrico también podría suministrar electricidad en horas punta y tomando el ejemplo anterior, podría disminuir la carga suministrada al edificio por el sistema eléctrico, obteniéndose un menor consumo eléctrico neto. Este hecho aplanaría aún más la curva de carga evitando altos picos de demanda y manteniéndola constante entre ambas puntas, lo que mejoraría notablemente la operación del sistema eléctrico. El vehículo se recargaría entre la 1 y las 6 de la madrugada cuando la demanda apenas llega a unos 22.000 MW, en el trayecto al trabajo el coche consumiría parte de la energía de la batería, esta energía posteriormente puede ser recargada en los lugares de trabajo, en periodos de todavía poca demanda para, por un lado vender energía a la red entre las 10 y las 16 horas, cuando la demanda supera los 38.000 MW, y por otro realizar el trayecto de vuelta a casa. PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO VII: VEHÍCULO ELECTRICO NIA: 664283 117 También existiría incluso la opción de suministrar energía a la red entre las 20 y las 23, que es cuando se suele producir el mayor pico de demanda, en el punto de recarga eléctrica instalado en los garajes de las casas. Esta forma de operar tiene incidencia no sólo en el balance de energía, sino que también puede ser utilizado por el Operador del Sistema (OS) para optimizar los servicios de regulación. Figura 71: Redes de distribución inteligentes. La existencia de cargas modulares con periodos programables de varias horas debe permitir optimizar el uso de estos servicios auxiliares al combinarlas con fuentes renovables de generación variable y parcialmente programables. En la Figura 72 se puede observar la aplicabilidad que tendría en la operación del sistema este tipo de almacenamiento en la cantidad de energía almacenada, que podría ser gestionada por el operador del sistema, tanto mayores cuantos más vehículos participen en la operación del sistema. PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO VII: VEHÍCULO ELECTRICO NIA: 664283 118 Figura 72: Aplicabilidad energía almacenada en vehículos eléctricos. Además de dotar al sistema eléctrico de un mayor grado de flexibilidad en su operación, la creciente penetración de las energías renovables impulsa una mayor interrelación entre consumidores finales y el operador del sistema, lo que facilita los flujos de información y hace más transparente la toma de decisiones. 8. EVALUACIÓN DEL VEHICULO ELÉCTRICO Se evalúa la viabilidad del proyecto en lo relativo al coche eléctrico, en cuanto a reducción de emisiones frente al vehículo convencional en el capítulo medioambiental. 8.1. EVALUACIÓN A continuación se va a realizar un estudio comparando la energía eléctrica producida por la instalación fotovoltaica y el número de trayectos diarios con un coche eléctrico que se podrían realizar. Para la carga de los vehículos, los diferentes dispositivos de recarga obtienen la energía a través de las baterias, no directamente de los paneles. Se estima una producción media en la central de 1384 kWh/kWp.año (1384 he, 1384 horas equivalentes) Se asumen las siguientes hipótesis en el estudio: - El consumo eléctrico para recorrer 100 km es 20 kWh. - La trayectoria media por uso es 80 Km/día. PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO VII: VEHÍCULO ELECTRICO NIA: 664283 119 En la figura 73 se muestra la producción eléctrica y la cantidad de recorridos diarios con el vehículo eléctrico propuesto: Figura 73: Producción eléctrica y recorridos medios diarios. En la tabla 15 se muestran los valores de la gráfica anterior: Datos Producción eléctrica Núm. de trayectos medios diarios Mes MWh Uds Enero 33,4118 68 Febrero 44,0249 89 Marzo 64,1018 130 Abril 75,57 153 Mayo 89,3482 181 Junio 92,43 187 Julio 96,8254 196 Agosto 82,863 168 Septiembre 66,003 134 Octubre 50,8059 103 Noviembre 34,986 71 Diciembre 31,0341 63 Anual 761,4041 129 Tabla 15. Producción eléctrica y recorridos medios diarios. PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO VII: VEHÍCULO ELECTRICO NIA: 664283 120 La gráfica de trayectos diarios medios que se pueden cubrir se muestra a continuación (Figura 74) para cada uno de los 365 días del año. Figura 74: Trayectos diarios medios. Para el cálculo del número de trayectos diarios se han realizado los siguientes cálculos: Tomamos como ejemplo el mes de enero, los datos de partida son los siguientes: - Producción eléctrica: 33.4 MWh. - El consumo eléctrico para recorrer 100 km es 20 kWh. - La trayectoria media por uso es 80 Km/día. Número de kilómetros que se pueden recorrer al mes con la producción eléctrica: Número de km= Energía producida/Consumo eléctrico para recorrer 100 km. Número de trayectos=Número de km / trayectoria media diaria. Número de trayectos diarios=Número de trayectos en un mes / 31 días. PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO VII: VEHÍCULO ELECTRICO NIA: 664283 121 8.2. CALCULO DEL AHORRO DEL CO2 Se ha realizado un estudio del CO2 que se evitaría con el uso del coche eléctrico en relación con la instalación fotovoltaica objeto de este proyecto. Siempre y cuando el coche eléctrico sea cargado con energías renovables ya que las emisiones de dichos vehículos dependen de la procedencia de la energía con la que son cargados (sin tener en cuenta la las emisiones en su proceso de fabricación). Para ello se ha realizado el estudio del ahorro de emisiones de CO2 a la atmósfera que habría si toda la energía producida en la instalación fuera aprovechada por vehículos eléctricos (en función del número de trayectos). Suponemos un utilitario con consumo 6.5 L/100 Km movido con gasóleo. La tasa de emisiones de gasóleo es 2.8 kg/L. Datos Producción eléctrica Núm. de trayectos medios diarios Km recorridos Consumo gasóleo Ahorro CO2 Mes MWh Uds km L Tn Enero 33,4118 68 168640 10961,6 30,69 Febrero 44,0249 89 220720 14346,8 40,17 Marzo 64,1018 130 322400 20956 58,67 Abril 75,57 153 379440 24663,6 69,05 Mayo 89,3482 181 448880 29177,2 81,69 Junio 92,43 187 463760 30144,4 84,40 Julio 96,8254 196 486080 31595,2 88,46 Agosto 82,863 168 416640 27081,6 75,82 Septiembre 66,003 134 332320 21600,8 60,48 Octubre 50,8059 103 255440 16603,6 46,49 Noviembre 34,986 71 176080 11445,2 32,04 Diciembre 31,0341 63 156240 10155,6 28,43 Anual 761,4041 128 3826640 248731,6 696,48 Tabla 16: Valores y cálculo de ahorro de CO2. Tomamos como ejemplo el mes de enero, los datos de partida son los siguientes: - Producción eléctrica: 33.4 MWh. (Enero) - Número de trayectos medios diarios: 68 - La trayectoria media por uso es de: 80 Km/día. - Utilitario con un consumo de: 6.5 L/100 km. - Tasa de emisiones del gasóleo: 2.8 kg/L. Por tanto el CO2 evitado en el mes de enero sería: 31 Toneladas de CO2 y 696 Toneladas de CO2 en un año. PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO VII: VEHÍCULO ELECTRICO NIA: 664283 122 9. CONCLUSIONES. Las conclusiones generales que se obtienen, en valores medios, son buenas. El número de kilómetros realizados diariamente está en torno a los 40 Km, la velocidad media alrededor de 50 Km/h, el número de pasajeros por trayecto está cerca de 2 y la ocupación del maletero no llega al 30% de su capacidad total. Esto nos indica que el 90% de los trayectos realizados en un año se podrían realizar con automóviles de pequeñas dimensiones y con una autonomía inferior a los 80 Km. es decir, estos trayectos estarían especialmente indicados para automóviles eléctricos donde, se cumplen todas esas condiciones y además tienen un consumo energético inferior al automóvil convencional, obteniéndose el consiguiente ahorro energético. El 10% restante de los trayectos correspondería a trayectos de las periferias de las ciudades, salidas los fines de semana o vacaciones y viajes de larga distancia. Figura 75: Nissan Leaf La apuesta por el coche eléctrico está empezando. Casi todas las marcas tienen previstos lanzamientos durante los próximos años. El coche eléctrico empezará a tener importancia en el mercado a partir de 2015. El nuevo vehículo consumirá energía renovable, su autonomía estará entre los 200 y los 250 kilómetros y la recarga será uniforme durante la noche aprovechando cuando la demanda es menor. Pero la gran barrera para la generalización de los vehículos eléctricos es el coste de las baterías. PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO VIIII: PUNTOS DE RECARGA NIA: 664283 129 Esquema de distribución El esquema de distribución escogido para la instalación será un suministro colectivo derivado de la centralización de contadores , tal y como permite la Instrucción 8/2012 de la Generalitat de Catalunya. Figura 78: Esquema del suministro colectivo derivado de la centralización de contadores Trazado de la instalación En cada módulo se extiende un circuito de 8 postes de recarga cada uno. Los cuatro circuitos estarán distribuidos de esta forma: Módulo 1 LPR1 PR1, PR2, PR3, PR4, PR5,PR6,PR7 y PR8 Módulo 2 LPR2 PR9, PR10, PR11, PR12, PR13, PR14,PR15 y PR16 Módulo 3 LPR3 PR17, PR18, PR19, PR20, PR21,PR22, PR23 y PR24 Módulo 4 LPR4 PR25, PR26, PR27, PR28, PR29, PR30, PR31 y PR32 Tabla 17. Distribución red de puntos de recarga. PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO VIIII: PUNTOS DE RECARGA NIA: 664283 130 Figura 79: Esquema ejemplar de la línea LPR1 En el apartado Planos de este proyecto se muestra con más detalle el trazado de las cuatro líneas, así como la derivación individual. Selección del cable La LGA existente está constituida con conductores, unipolares, aislante XLPE 0,6/1 kV, sección 70 mm2. El cable seleccionado será de la empresa PRYSMIAN, modelo AL AFUMEX 1000V (AS) sección 35 y 70 mm2, o calidad similar. Selección de la canalización La canalización seleccionada para los circuitos interiores será de la empresa SCHNEIDER, modelo CANALES KN, o calidad similar. Elementos constitutivos de la red La instalación estará constituida por los siguientes elementos: - Contador de energía eléctrica. - Punto de recarga. - Analizador de calidad del suministro. - Filtro activo. PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO VIIII: PUNTOS DE RECARGA NIA: 664283 131 Contador de energía eléctrica El contador a instalar para la derivación individual será de la empresa CIRCUTOR modelo EDMk. Figura 80: Contador de energía. Las características técnicas de éste son las siguientes: Tabla 18: Características contador modelo EDMk de CIRCUTOR. PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO VIIII: PUNTOS DE RECARGA NIA: 664283 132 Punto de recarga Los puntos de recarga a instalar serán de la empresa CIRCUTOR modelo WALL-BOXRVE-WB-MIX-L-TRI. Figura 81: Punto de recarga. Las características técnicas de éste son las siguientes: Tabla 19: Características punto de recarga modelo WALL-BOS RVE-WB-MIX-L-TRI PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO VIIII: PUNTOS DE RECARGA NIA: 664283 133 Analizador de calidad del suministro El analizador de calidad del suministro a instalar será de la empresa CIRCUTOR Modelo QNA-413. Este modelo realiza apertura del circuito en caso de sobretensión. Figura 82: Analizador de la calidad del suministro. Las características técnicas de éste son las siguientes: Tabla 20: Características del analizador modelo QNA-413 de CIRCUTOR. PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO VIIII: PUNTOS DE RECARGA NIA: 664283 134 Filtro activo El filtro activo a instalar será de la empresa CIRCUTOR modelo AFQ. Figura 83: Filtro activo. Las características técnicas de éste son las siguientes: Tabla 21: Características Filtro activo modelo AFQ de CIRCUTOR. PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO VIIII: PUNTOS DE RECARGA NIA: 664283 135 Sistemas de protección La instalación estará protegida contra sobreintensidades, contactos directos, y contactos indirectos. Puesta a tierra El cable seleccionado de p.a.t entre el cuadro de contadores y CP será de la empresa PRYSMIAN, modelo AL AFUMEX 1000V (AS) sección 35 mm2, o calidad similar. El cable seleccionado de p.a.t entre el CP y el PR2 de ambos circuitos será de la empresa PRYSMIAN, modelo AFUMEX PLUS 750V (AS) secciones 10 mm2, o calidad similar. El cable de tierra se conectará a la pletina de p.a.t. existente en el cuadro de contadores. Al unir la red de tierra de la instalación con la p.a.t. del parking se debe de comprobar que las especificaciones de tensión máxima de contacto se sigan cumpliendo. 4.2. SISTEMA GESTION ENERGIA Generalidades Este sistema se instalará junto a la caja de protecciones situada aguas arriba de los puntos de carga. Su conexionado será el necesario para la alimentación más el requerido para las comunicaciones. Este cableado utilizará la misma canaleta en montaje superficial de la instalación eléctrica. Solución adoptada La solución adoptada corresponde a un sistema de gestión inteligente de la energía de tipo comercial. Este corresponde al modelo RVE-CM20 de CIRCUTOR. Se trata de un panel multifunción único que gestiona todos los puntos de recarga. Este necesita conexión de datos tanto con los puntos de recarga como con los contadores secundarios, filtro de harmónicos, analizador de la calidad del suministro y sistema de tarifación. Para la conexión con los puntos de carga y los contadores secundarios se utilizarán las mismas canaletas empleadas en la instalación eléctrica. Para el conexionado del resto de elementos, los cuales se sitúan en la misma zona alrededor del cuadro de protecciones, se utilizará una canaleta de las mismas características pero dedicada al cableado de comunicaciones. PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO VIIII: PUNTOS DE RECARGA NIA: 664283 136 Elementos constitutivos El panel multifunción que se instalará y que hará la función de sistema de gestión inteligente de la energía será de la empresa CIRCUTOR modelo RVE-CM20. Figura 84: Panel multifunción del sistema de gestión de la energía. Las características técnicas de este son las siguientes: Tabla 22: Características Panel multifunción modelo RVE-CM20 de CIRCUTOR. PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO VIIII: PUNTOS DE RECARGA NIA: 664283 137 4.3. SISTEMA DE TARIFACIÓN Generalidades Este sistema se instalará junto a los aparcamientos habilitados de recarga de vehículos eléctricos. Se requerirá conexionado de alimentación y de comunicación con el sistema de gestión de la recarga. Solución adoptada La solución adoptada corresponde a un sistema de tarjetas prepago con identificador por radiofrecuencia (RFID) más un sistema de pago alternativo con cajero automático. Esta solución es de tipo comercial e incluye tres elementos, por una parte las tarjetas con saldo previamente pagado que serán propiedad de cada usuario, por otra el identificador de estas tarjetas que se instalará junto a la caja de protecciones de la instalación eléctrica y finalmente un cajero automático que permitirá a usuarios externos sin tarjeta prepago el uso del servicio de recarga en el parking. Elementos constitutivos El elemento elegido como lector de tarjetas prepago y que por consiguiente definirá el tipo de tarjeta a utilizar es un terminal de CIRCUTOR modelo RVE-TERM, este se ha elegido compatible con el sistema de gestión antes mencionado. Figura 85: Lector de tarjetas del sistema tarifación. Este elemento realiza tanto las tareas de identificación como de recarga de saldo en las tarjetas. La identificación en las tarjetas requiere de una contraseña para mayor seguridad del usuario. PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO VIIII: PUNTOS DE RECARGA NIA: 664283 138 Tabla 23: Características Lector de tarjetas RVE-TERM de CIRCUTOR. Figura 86: Tarjeta prepago y cajero del sistema de tarifación. Firma: César Climent Palomo Ingeniero Industrial Septiembre del 2013 PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO IX: CALCULOS NIA: 664283 145 Una vez hecha la simulación ya podemos saber los resultados principales como son: - Producción eléctrica anual: 777 MWh/año - Producción específica: 1409 kWh/kWp/año - Producción normalizada: 3.86 kWh/kWp/día Desglosado de otra manera: Emedia diaria (kWh) Dias E mensual (kWh) Enero 1079,76 31 33472,56 Febrero 1520,86 29 44104,94 Marzo 2071,56 31 64218,36 Abril 2523,58 30 75707,4 Mayo 2887,44 31 89510,64 Junio 3086,6 30 92598 Julio 3129,08 31 97001,48 Agosto 2677,86 31 83013,66 Septiembre 2204,1 30 66123 Octubre 1641,88 31 50898,28 Noviembre 1168,32 30 35049,6 Diciembre 1002,92 31 31090,52 MEDIA 2082,83 TOTAL 777088,44 Tabla 25: Producción anual de un año tipo. Otros datos: - Producciones normalizadas (por kWp instalado): Potencia nominal: 551 kWp Figura 96: Producción normalizada mensual PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO IX: CALCULOS NIA: 664283 146 En la figura 96 se representan las producciones normalizadas de energía por kWp instalado con una potencia nominal de 551 kW. En los meses de verano se observa que hay una mayor producción de energía, debido a que el sol está más alto y hay más horas de sol al día. El aumento de generación durante estos meses también implica un aumento de pérdidas tanto el inversor como en los módulos fotovoltaicos. En la figura 97 se muestra los porcentajes de energía generada y los porcentajes de pérdidas sobre el 100%. Se obtiene que del 100% de producción de energía a la salida del inversor se dispone de un 85.2 % de ésta. El 12.7% se corresponde con pérdidas de energía en el array y un 2.1% son pérdidas del resto del sistema, principalmente en el inversor. Figura 97: Factores de pérdida y producción normalizada PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO IX: CALCULOS NIA: 664283 147 1.4. DIAGRAMA DE PÉRDIDAS: SANKEY Figura 98: Diagrama de Sankey. En el anterior diagrama (Figura 98) se muestran las pérdidas de energía durante todo el año que se dan en el sistema debido a diferentes factores: - Near shading factor on global (0.0%): Pérdidas por sombras en los paneles. Se trata de las pérdidas por sombras debido a edificios cercanos, vegetación, entre los propios paneles, etc. - IAM factor on global (-4%): Pérdidas por reflexión en los módulos. Es un efecto óptico (reflexión), corresponde a que la radiación se debilita al llegar a la superficie de las células fotovoltaicas respecto a la irradiación incidente normal. Esta pérdida obedece a las leyes de Fresnel de transmisiones y reflexiones sobre la capa de protección (el vidrio), y en la superficie de la célula. - PV loss due to irradiance level (-1.6%): Pérdidas por baja irradiancia. - PV loss due to temperature (-6.9%): Pérdidas por temperatura. PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO IX: CALCULOS NIA: 664283 148 Las condiciones de prueba para los módulos fotovoltaicos se realizan a una temperatura de las células de 25 ° C, pero la temperatura de trabajo de los módulos son mucho más altas. La pérdida térmica se calcula con el modelo de un diodo. Para las células de silicio cristalino, la pérdida es de -0,4% / ° C en MPP. Para condiciones de trabajo fijo de voltaje, la temperatura afecta principalmente a la tensión de la curva I-V. - Module quality loss (1.3%): Pérdidas por la calidad del módulo. La mayoría de las series de módulos fotovoltaicos no coinciden con las especificaciones nominales del fabricante. Hasta ahora, era una de las mayores incertidumbres en la evaluación de los sistemas fotovoltaicos. Ahora, la situación parece aclararse ya que los módulos se venden con una tolerancia dada. El programa de simulación permite el cálculo de estas pérdidas mediante un factor de pérdidas constante durante el proceso de simulación. - Module array mismatch loss (-1%): Pérdidas por desacoplo. Pérdidas debidas a que no todos los módulos o células se encuentran bajo las mismas condiciones de funcionamiento. Dichas pérdidas se producen por las siguientes causas: - La suciedad en los módulos PV. - Efectos de sombreado parcial. - Pérdida de MPP, es decir, la diferencia entre las condiciones de funcionamiento nominal y el máximo punto de potencia disponible. - Ohmic wiring loss (-0.9%): Pérdidas del cableado. Las pérdidas por cableado, como los efectos térmicos, son fundamentalmente el resultado de una caída de tensión de la curva I-V características de la matriz. El efecto real es diferente si la matriz opera en MPP o el voltaje fijo. En la operación para calcular el MPP, PVSYST® aplica la pérdida de cableado antes de dicho cálculo. - Inverter loss during operation (-2.5%): Pérdidas por el rendimiento del inversor. - Inverter loss over nominal inv. power (0.0%): Pérdidas en el inversor debido a una sobrecarga de potencia. - Inverter loss due to power threshold (-0.0%): Pérdidas del inversor cuando trabaja por debajo del umbral mínimo de potencia. PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO IX: CALCULOS NIA: 664283 149 Los inversores tienen un umbral de potencia, por debajo de dicho cual el inversor no opera. En nuestro caso es de 1 kW. - Inverter loss over nominal inv. voltage (0.0%): Pérdidas en el inversor debido a sobretensiones. El inversor tiene unos límites de voltaje que a partir de los cuales tiene pérdidas. - Inverter loss due to voltage threshold (0.0%): Pérdidas del inversor cuando trabaja por debajo del umbral mínimo de tensión. Los inversores tienen un umbral de tensión, por debajo de dicho umbral el inversor no opera. Tiene también valores intermedios de: - Global incident in coll. Plane (+4.5%): Irradiación horizontal incidente en los paneles. - Effective irradiance on collectors: Irradiación efectiva en los paneles. Es mayor que la irradiación horizontal, ya que los paneles se encuentran inclinados lo que favorece una mayor captación de la irradiación. - PV conversion: Condiciones de referencia a la hora de la simulación. En nuestro caso ese valor es de 14.2 %. - Array nominal energy (at STC effic): Potencia nominal en el array en condiciones estándar (STC=Standard test condition). Dichas condiciones estándar en este proyecto son: - Insolación: 1000 W / m². - AM: 1.5. - Temperatura: 25 ºC. - Array virtual energy at MPP: Potencia virtual que habría en el punto de máxima potencia. Se obtiene el valor de energía disponible a la salida del inversor (Available Energy at invertir output) a partir de la irradiación global que incide en el sistema (Horizontal global irradiation). PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO IX: CALCULOS NIA: 664283 150 1.5. PÉRDIDAS POR ORIENTACIÓN E INCLINACIÓN Según el IDAE: La orientación e inclinación del generador fotovoltaico y las posibles sombras sobre el mismo, serán tales que las pérdidas sean inferiores a los límites de la tabla 13. Se considerarán tres casos: general, superposición de módulos e integración arquitectónica. En todos los casos se han de cumplir tres condiciones: pérdidas por orientación e inclinación, pérdidas por sombreado y pérdidas totales inferiores a los límites estipulados respecto a los valores óptimos. IDEA Orientación e inclinación (OI) Sombras (S) Total (OI+S) General 10% 10% 15% Superposición 20% 15% 30% Integración arquitectónica 40% 20% 50% Tabla 26: Pérdidas por orientación e inclinación y sombras. Nuestro caso es el tercero, integración arquitectónica. La orientación e inclinación en instalaciones fotovoltaicas es importante, los módulos deben de estar orientados e inclinados dentro de unos valores que permitan producir el máximo de energía eléctrica. En nuestras latitudes, la orientación óptima de los módulos fotovoltaicos es 0º al sur. Sin embargo lo que se deja de generar por estar orientados hacia el sureste o suroeste representa sólo un 0,08% por cada grado de desviación respecto al sur (cuando se parten de desviaciones ±25º respecto al Sur). En nuestro caso la orientación es sureste con un azimut de 0º. Según el programa de simulación PVSYST® la orientación óptima (anual) en nuestro caso se muestra en la figura 99: PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO IX: CALCULOS NIA: 664283 151 Figura 99: Curva de las orientaciones del panel fotovoltaico (anuales). Como se puede observar se encuentra en los valores óptimos. Del mismo modo, la inclinación óptima de los módulos fotovoltaicos depende de la latitud del lugar donde se van a instalar empleando una inclinación comprendida entre 5º y 10º menos que la latitud. La latitud de Salou es de 41º por lo que en nuestro caso la inclinación óptima se encuentra entre 30º y 35º. Según el programa de simulación PVSYST® la inclinación óptima (anual) en nuestro caso se muestra en la figura 100: Figura 100: Curva de las inclinaciones del panel fotovoltaico (anuales). El punto óptimo de inclinación para nuestra latitud, se encuentra, como hemos dicho anteriormente, entre 30º y 35º. En cambio nuestro caso es el del punto azul con una inclinación de 5º, en este caso está un poco más lejos del punto óptimo, pero como se puede observar en la figura 100 se producen unas pérdidas por inclinación del 12.9% respecto al punto óptimo, porcentaje inferior al marcado por el IDAE. PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO IX: CALCULOS NIA: 664283 152 La orientación e inclinación también depende de la época del año en la que se quiere maximizar la producción, lo normal es colocarlos para que capten el máximo de irradiación anual, aunque lo que se deja de generar por estar tanto encima como por debajo de la inclinación óptima representa sólo un 0,2% por cada grado de desviación respecto de dicha inclinación (en un entorno de ±15° respecto a ésta). Las figuras 101, 102, 103 y 104 muestran las inclinaciones y orientaciones óptimas en verano y en invierno: Verano: En verano la altura del sol es mayor y los ángulos de incidencia de la radiación solar son más perpendiculares por lo que las inclinaciones óptimas serán menores. Figuras 101 y 102 Curvas de orientación e inclinación de los paneles fotovoltaicos(verano) En nuestro caso al ser nuestra inclinación (5º) menor que la inclinación óptima anual (30º35º), en verano tendremos menos pérdidas (-2.5%). La orientación óptima sigue siendo 0º al sur. Invierno: En invierno ocurre lo contrario, el sol se encuentra a menos altura, los ángulos de incidencia de la radiación solar son menores y por tanto las inclinaciones de los módulos solares tienen que ser mayores. En nuestro caso tendremos mayores pérdidas en invierno ya que nuestra inclinación se encuentra muy por debajo de la inclinación óptima. La orientación óptima sigue siendo 0º al sur. PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO IX: CALCULOS NIA: 664283 153 Figuras 103 y 104: Curvas de orientación e inclinación de los paneles fotovoltaicos (invierno) En este proyecto se ha buscado la mejor solución anual, es decir, buscamos que se capte la mayor radiación anual, teniendo en cuenta además la integración de los paneles y su posible impacto visual. En cualquier caso, es recomendable una inclinación superior a los 5º, para permitir que el agua de la lluvia se escurra; y donde nieva con cierta frecuencia es recomendable una inclinación superior a 45º, para favorecer el deslizamiento de la nieve. En definitiva, incluso asumiendo "pérdidas" (lo que se deja de generar) de hasta un 5-10% se tiene un gran abanico de posibilidades de orientación e inclinación, y se facilita la instalación de generadores fotovoltaicos en diferentes circunstancias. No obstante se debe procurar acercarse lo más posible a las condiciones óptimas de instalación. Según el IDAE: Las pérdidas por este concepto se calcularán en función de: Ángulo de inclinación (β): definido como el ángulo que forma la superficie de los módulos con el plano horizontal. Su valor es 0° para módulos horizontales y 90° para verticales. Ángulo de azimut (α): definido como el ángulo entre la proyección sobre el plano horizontal de la normal a la superficie del módulo y el meridiano del lugar. Los valores típicos son 0° para módulos orientados al sur, –90° para módulos orientados al este y +90° para módulos orientados al oeste. Figura 105: Representación del ángulo de inclinación (β) y el ángulo de orientación (α). PROYECTO FIN DE CARRERA CESAR CLIMENT PALOMO PARKING SOSTENIBLE UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CAPITULO IX: CALCULOS NIA: 664283 154 En este proyecto se ha tomado una inclinación de 5º, valor que se encuentra dentro de los valores admisibles. Aparte de elegir para este proyecto una inclinación que se encuentre entre los valores óptimos también he tenido en cuenta el diseño de la nueva cubierta. También se tiene en cuenta el impacto visual, por ello esta escalonada ya que si se hubiera realizado en una sola parte la altura que hubiera tenido sería muy alta y el impacto visual mayor. La elección de la inclinación de los paneles y de la parte sin paneles se ha decidido teniendo en cuenta la sombra que pudiera haber entre ellos, y que en el momento en el que el sol se encuentra más alto no se produjera sombra entre los paneles. Procedimiento Habiendo determinado el ángulo de azimut del generador, se calcularán los límites de inclinación aceptables de acuerdo a las pérdidas máximas respecto a la inclinación óptima establecidas en el PCT (Pliego de Condiciones Técnicas). Conocido el azimut, determinamos en la figura 106 los límites para la inclinación en el caso de = 41°. Para el caso general, las pérdidas máximas por este concepto son del 10 %; para superposición, del 20 %, y para integración arquitectónica del 40 %. Los puntos de intersección del límite de pérdidas con la recta de azimut nos proporcionan los valores de inclinación máxima y mínima. Si no hay intersección entre ambas, las pérdidas son superiores a las permitidas y la instalación estará fuera de los límites. Si ambas curvas se intersectan, se obtienen los valores para latitud Φ = 41° y se corrigen de acuerdo al siguiente apartado. Se corregirán los límites de inclinación aceptables en función de la diferencia entre la latitud del lugar en cuestión y la de 41°, de acuerdo a las siguientes fórmulas: [Nota: Φ se expresa en grados] En casos cerca del límite, y como instrumento de verificación, se utilizará la siguiente fórmula: Pérdidas (%) = 100 .[1,2 . 10-4 (β – Φ + 10)2 + 3,5 . 10-5α2] Para 15° < β < 90° Pérdidas (%) = 100 . [1,2 . 10-4 (β – Φ + 10)2] Para β ≤ 15°